JP5615694B2 - １８６レニウムを単離する方法 - Google Patents

Description

本発明は、放射性同位元素の源化合物からの生成及び抽出に関する。

治療用の放射性医薬品の中には、治療に適した量の比較的高い特異性の電離放射線を患者の体の患部（たとえば癌性の腫瘍）に運ぶのに使われる、放射性同位元素で標識された分子がある。また、最近では、単クローン抗体を放射性同位元素で標識して放射免疫治療の効果を評価する研究も行われている。α線放出体、β線放出体、オージェ電子放出体を含む、多くの異なる放射性同位元素が、こうした目的のために用いられている。

特定の部位にのみ働きかける治療をはじめとするこうした用途には、高い比放射能を示す放射性医薬品を用いるのがよい。しかし、放射能で標識していない抗体が存在すると、目標の細胞の結合部位を占める放射能で標識された抗体の数が減る。その結果、放射能で標識した抗体の数が少ないと、目標の細胞に向けられる電離放射線の量も少なくなり、目標とする殺細胞を引き起こす治療能力が下がるか、あるいは妨げられる。したがって、放射能で標識していない抗体の影響を減らすためには、より高い比放射能（ＳＡ）の化合物が効果的である。

¹⁸⁶Ｒｅはβ^-崩壊することと半減期がおよそ３．７日であることから、放射線治療用の候補として研究されてきた。さらに、¹⁸⁶Ｒｅは、さまざまな医療応用分野で広く研究され用いられてきた放射性同位元素である^99mＴｃに化学的に類似している。¹⁸⁶Ｒｅは¹⁸⁵Ｒｅ（ｎ，γ）¹⁸⁶Ｒｅ反応を通して反応器で生成することができる。だが、¹⁸⁶Ｒｅを用いた放射免疫治療は成功裡に行われてきてはいるものの、より高い比放射能を持つ¹⁸⁶Ｒｅ化合物は、依然として得るのが比較的難しい状態にある。

本願は、米国特許法１１９条（ｅ）項に基づき、２００７年３月３１日に出願された米国仮特許出願６０／９０９，４３１の便益を主張するものであり、その全内容が参照によりここに援用される。

実施形態に係る、高い比放射能を持つ放射性医薬品を生成するための放射性同位元素を単離する方法は、第一の同位元素と第二の同位元素を含む源化合物を気化させる工程を含み、上記第二の同位元素は治療に向いた特性及び／または診断に向いた特性を備えている放射性同位元素である。上記気化された源化合物をイオン化して、上記第一の同位元素と上記第二の同位元素を含む負の電荷を帯びた分子にする。上記負の電荷を帯びた分子を質量を基準として分離して、上記第二の同位元素を含む負の電荷を帯びた分子を単離する。上記単離された第二の同位元素を含む負の電荷を帯びた分子を、正の電荷を帯びた収集器によって収集する。

実施形態に係る、¹⁸⁶Ｒｅを単離する方法は、¹⁸⁵Ｒｅと¹⁸⁶Ｒｅを含む源化合物を気化する工程を含む。上記気化された源化合物をイオン化して、¹⁸⁵Ｒｅと¹⁸⁶Ｒｅを含む負の電荷を帯びた分子にする。電界を発生させて、上記負の電荷を帯びた分子をイオン源から引き離す。さらに、磁界を発生させて、上記負の電荷を帯びた分子から過剰な自由電子を引き離す。上記負の電荷を帯びた分子を質量を基準として分離して、¹⁸⁶Ｒｅを含む負の電荷を帯びた分子を単離する。上記単離された¹⁸⁶Ｒｅを含む負の電荷を帯びた分子を、正の電荷を帯びた収集器によって収集する。

実施形態の特徴と利点は、実施形態の詳細な説明と図面とを参照することにより、より明らかになるであろう。

実施形態に係るレニウムイオン源の接続を示す図である。 実施形態に係る、抵抗に対するプラズマ温度変化を示すグラフである。 実施形態に係る、ファラデーカップ（ポスト・インプラント）の画像を示す図である。 実施形態に係る、レニウムイオン源用の水冷式ファラデーカップの平面図、側面図、及び斜視図である。 実施形態に係る、陰性表面イオン化の原理を示す図である。

ある要素や層が他の要素や層と「接している」、「接続している」、「繋がっている」、あるいは「変化させる」とあるときは、他の要素や層と直接的に接していたり接続していたり繋がっていたり変化させたりしてもよいし、そのあいだに別の要素や層が介在してもよい。それに対して、ある要素が他の要素や層と「直接接している」、「直接接続している」、あるいは「直接繋がっている」とあるときは、そのあいだに別の要素や層が介在することはない。本明細書を通して、同じ番号は同じ要素を表す。本明細書で使われているように、「及び／または」という表現は、関連する記載された一つ以上の要素のすべて、及びそれらの要素の組み合わせのすべてを含む。

本明細書では、さまざまな要素、部材、領域、層及び／または部分を表すのに第一、第二、第三などの表現が用いられるが、これらの要素、部材、領域、層及び／または部分は、こうした表現によって限定されるべきものではない。これらの表現は単に、ある要素、部材、領域、層または部分を他の領域、層、または部分から区別するために用いられるだけである。したがって、以下で論じる第一の要素、部材、領域、層、または部分を、第二の要素、部材、領域、層、または部分と表現しても、実施形態の教示内容から外れるものではない。

本明細書では、「下方に」、「下に」、「下の方の」、「上方に」、「上の方の」といった空間的に相対的な表現は、図面に描かれたある要素または特徴と他の要素または特徴との関係を簡単に表現するために用いられる。こうした空間的に相対的な表現は、使用中または操作中の装置の図面に描かれた向きのみならず、異なった向きをも含むことを意図している。たとえば、図面に描かれた装置が上下さかさまにされた場合、他の要素または特徴の「下に」もしくは「下方に」あると記載されている要素は、今度は他の要素または特徴の「上に」位置することになる。したがって、「下に」という表現は、上と下の両方の向きを含みうる。装置は別の向きに向けることも可能（９０度回転させたり、他の向きに回転させたり）で、空間的に相対的な記述もそれに応じて解釈される。

本明細書で用いる表現は、さまざまな実施形態を記述するためのみに用いられており、実施形態を制限するものではない。本明細書でいう「ひとつの」「上記」「当該」といった単数形は、文脈から見て明らかに単数形のみを指している場合以外は、複数形も含む。本明細書の「含む」及び／または「含んでいる」という表現は、述べられた特徴、整数、工程、動作、要素、及び／または部材が存在することを意味するが、他の特徴、整数、工程、動作、要素、部材、及び／またはそれらの集合が存在するか加わることを除外するものではない。

実施形態の理想化された形態（及び中間の構造）を描く模式図である断面図を参照しつつ、本発明の実施形態を記す。したがって、図面の形態が、たとえば製造技術及び／または許容誤差の結果、変化することは当然起こりうる。したがって、実施形態は、図面に描かれた領域の形態のみに限定されると解釈すべきものではなく、たとえば製造の結果生じる形態の変化も含むものである。たとえば、長方形に描かれた注入領域は、注入領域から非注入領域へ二元的に変化するというよりむしろ、典型的には、丸いか曲線的な特徴を持ち、及び／または端部に注入濃度の勾配がある。同様に、注入によって埋め込み領域が形成されると、その埋め込み領域と注入時の通路となった表面とのあいだの領域も、ある程度注入が行われた状態となる。したがって、図面に描かれた領域はあくまでも模式的なものであり、そうした領域の形は、装置の領域の実際の形を示すものではなく、実施形態の範囲を限定するものでもない。

特に断りのない限り、本明細書で使われるすべての用語（技術的・科学的用語を含む）は、実施形態が属する技術分野の当業者が通常理解するのと同じ意味を持つ。用語は、一般的に用いられる辞書に定義されているものも含めて、本発明の関連技術の文脈における意味と矛盾しない意味で解釈されるべきであり、特に断りのない限りは、理想的な、あるいはあまりに形式的な意味で解釈されるものではない。

実施形態は、陰イオン核種の原料物質からの生成及び単離に関する。たとえば、実施形態に係る方法は、¹⁸⁶Ｒｅ（レニウム１８６）放射性同位元素を生成及び単離するのに好適である。その結果、¹⁸⁶Ｒｅ放射性同位元素を含む比放射能がより高い化合物が生成される。¹⁸⁶Ｒｅ化合物は、さまざまな医療分野で用いられる。たとえば、¹⁸⁶Ｒｅ化合物は目標とする受容体に特有の一つまたはそれ以上の抗体と結合し、放射線治療及び／または診断法に用いられる。実施形態に係る方法及び装置は、より広範囲の調査、治療、及び／または診断用途に用いうる他のより高い比放射能の物質を生成するのにも好適である。

¹⁸⁶Ｒｅを生成する従来の方法では、¹⁸⁵Ｒｅ（レニウム１８５）または¹⁸⁶Ｗ（タングステン１８６）を出発物質として用いている。¹⁸⁵Ｒｅを出発物質として用いる従来の方法は、次式（１）で表される。
¹⁸⁵Ｒｅ（ｎ，γ）¹⁸⁶Ｒｅ （１）
上記式において、¹⁸⁵Ｒｅは反応器での中性子捕獲により¹⁸⁶Ｒｅへと変換される。この方法による生産量は比較的高いものの、目的の¹⁸⁶Ｒｅ同位元素を原料物質から分離する（たとえば化学的分離によって）のは困難であり、得られる産物は比較的低い比放射能を示すことになる。

¹⁸⁶Ｗを出発物質として用いる従来の方法は、次式（２）で表される。
¹⁸⁶Ｗ（ｐ，ｎ）¹⁸⁶Ｒｅ （２）
上記式において、¹⁸⁶Ｗは粒子加速器内での陽子入射反応により¹⁸⁶Ｒｅへと変換される。この方法による生産量は比較的低いものの、目的の¹⁸⁶Ｒｅ同位元素を原料物質から分離する（たとえば化学的分離によって）のはより簡単であり、得られる産物の比放射能のレベルは改善されている。

しかし、¹⁸⁶Ｗ（ｐ，ｎ）¹⁸⁶Ｒｅ反応の断面積は比較的低いので、患者が服用する量の¹⁸⁶Ｒｅを、この方法を用いて費用効率が高いやり方で生成するのは不可能である。さらに、臨床試験では、治療および／または診断用の放射性同位元素は、キュリー値が比較的高い必要がある。したがって、¹⁸⁶Ｗを出発物質として粒子加速器を用いる生成方法では、一人の患者が一日に必要とするだけの量の治療及び／または診断用の放射性同位元素すら生成できない恐れがある（何千人もの患者が一年に必要とするだけの量を生成できないことは言うまでもない）。

実施形態に係る方法及び装置では、¹⁸⁶Ｒｅのイオン化および出発物質である¹⁸⁵Ｒｅからの大量分離により、比放射能が増した¹⁸⁶Ｒｅ化合物の生成を容易にする。実施形態に係る方法及び装置では、一日当たりのキュリー値が比較的高い比放射能値（たとえば約３０キュリー／ｍｇ）を示す範囲で、放射性同位元素を生成することができる。

上で論じたように、反応器での中性子捕獲により生成される従来の¹⁸⁶Ｒｅ治療用及び／または診断用化合物は、比放射能が比較的低い。したがって、実施形態に係る¹⁸⁶Ｒｅ化合物の比放射能の増加を調べて、従来の¹⁸⁶Ｒｅ化合物に比べて治療及び／または診断効果を上げるのに必要な比放射能のレベルがどれぐらいなのかを判断する。目標とする比放射能がひとたび決まると（たとえば、抗体と共役した実施形態に係る¹⁸⁶Ｒｅは、許容範囲内の特異性を維持しつつ、従来の比放射能の低い¹⁸⁶Ｒｅよりも効果が改善されており、それによって目標の細胞表面マーカーを発現しない細胞に与える影響を減らすか、あるいは影響をなくする）、実施形態に係る方法及び装置を用いることによって、目標とする比放射能を持つ¹⁸⁶Ｒｅ化合物を、有効な分量、¹⁸⁶Ｒｅ放射性同位元素のイオン化及び大量分離により生成する。より高い比放射能を持つ¹⁸⁶Ｒｅ化合物がより入手しやすくなれば、¹⁸⁶Ｒｅ放射性同位元素で標識された抗体や小分子の使用に向けたさらなる化学的開発や臨床研究が容易になる。

実施形態に従って生成され回収された¹⁸⁶Ｒｅによって抗体を標識するには、活性化されたエステルを二機能性のキレート剤（たとえば、メルカプトアセチルトリグリシン（ＭＡＧ３））として用いる。活性化されたエステルの合成の反応模式図の一例を、下記式（３）に示す。

¹⁸⁸Ｒｅは、¹⁸⁸Ｗ生成器によって、キャリアを加えない形で得ることができるが、少なくとも放射性同位元素の物理的崩壊特性を細胞修復サイクルと合わせる点においては、¹⁸⁶Ｒｅの方がより好適な放射性同位元素である。たとえば、¹⁸⁶Ｒｅの崩壊特性はβ^- _EMAXが約１ＭｅＶ、ｔ_1/2が約９０ｈであり、一方、¹⁸⁸Ｒｅの崩壊特性はβ^- _EMAXが約２ＭｅＶ、ｔ_1/2が約１７ｈである。したがって、¹⁸⁶Ｒｅの崩壊特性は小さな腫瘍の放射性同位元素治療にはより適している。さらに、¹⁸⁸Ｗ先駆体の生成（¹⁸⁸Ｒｅ生成のため）は、二重の中性子捕獲反応を伴い、これができる反応器は世界で数台だけである。一方、¹⁸⁵Ｒｅ（ｎ，γ）¹⁸⁶Ｒｅ反応ができる設備ははるかに容易に利用可能である。実施形態によれば、より高い比放射能を持つ¹⁸⁶Ｒｅ化合物を、¹⁸⁵Ｒｅ（ｎ，γ）¹⁸⁶Ｒｅ反応の産物からより簡単に生成することができる。さらに、実施形態に係る¹⁸⁶Ｒｅ化合物は、通常用いられる放射性同位元素である⁹⁰Ｙや¹³¹Ｉよりも、それぞれエネルギーと半減期の点で、よりよい物理的特性を示す。

実施形態に係る方法と装置は、比放射能が増した¹⁸⁶Ｒｅ化合物の生成に関する。さらに、天然のレニウムを加えることで¹⁸⁶Ｒｅ化合物の比放射能を調節し、治療及び／または診断の効果と対価との所望の釣り合いを示す比放射能のレベルを達成してもよい。上で論じたように、¹⁸⁶Ｒｅはβ^-崩壊を起こし半減期が約３．７日という崩壊特性を持つので、放射線治療に好適な候補である。さらに、¹⁸⁶Ｒｅは、すでに広く研究されている^99mＴｃと化学的に類似している。しかし、¹⁸⁶Ｒｅを¹⁸⁵Ｒｅ（ｎ，γ）¹⁸⁶Ｒｅ反応によって生成できる製造設備はすぐに利用可能ではあるものの、従来の¹⁸⁵Ｒｅ（ｎ，γ）¹⁸⁶Ｒｅ反応方法で通常生成されるのは、比較的低い比放射能を持つ¹⁸⁶Ｒｅ生成物であり、この比放射能の低さのため、¹⁸⁶Ｒｅ生成物は特定の部位のみをターゲットとするような治療及び／または診断用途での使用が制限されてしまう。

より高い比放射能を持つ¹⁸⁶Ｒｅ化合物の生産量を増やすために、実施形態に係る方法と装置では、カスプ型イオン源を用いて出発物質から¹⁸⁶Ｒｅ放射性同位元素をイオン化し抽出する。カスプ型イオン源の技術に関する追加情報は、たとえばＤｅｈｎｅｌ，ｅｔ ａｌ．，ＮＩＭ Ｂ，ｖｏｌ．２４１，ｐｐ．８９６−９００，２００５に記載されており、その全内容が参照によりここに援用される。

図１は実施形態に係るレニウムイオン源の接続図である。図１を参照すると、約１３０アンペアの電流を受けたフィラメント１００からの電子放出によってプラズマが生成される。プラズマは、水素（Ｈ₂）ガスを加えることにより、安定した状態になる。その結果、ファラデーカップ１０２に注入されたイオンの大部分はＨ^-イオンである。抽出レンズ１０４（たとえば２ｋＶ）とファラデーカップ１０２（たとえば２０ｋＶバイアス）に正の電圧をかけ続け、原料物質から陰イオンを抽出する。実施形態に係るレニウムイオン源は、図１に示すパラメータに限定されない。それどころか、当業者であれば、本件の開示から、図１に示すパラメータを変化させることも可能だとわかるであろう。

上で論じた例を用いて、初期試験を行い、抵抗器Ｒ２の抵抗の関数としてのプラズマ温度を決定する。フィラメント電流が増加するにつれて、プラズマ間の電弧もやはり増加する。抵抗器Ｒ２はこれら二つの電源間のフィードバックを制限するので、酸化レニウムの核種を揮発させ続けられるだけ高い温度を維持できる抵抗器Ｒ２の抵抗値のうち、もっとも高い抵抗値を決定しておくのがよい。抵抗に対するプラズマ温度の変化のグラフを図２に示す。図２に示す結果から見て、抵抗器Ｒ２の値をおよそ３オームに維持すれば、適切な気化を行うことができる。しかし、当業者ならば、本件の開示から、さまざまな回路や装置を用いて目標とするプラズマ加熱を行うことができ、そのような変更は本件で開示された装置の基本的な動作から逸脱するものではないとわかるであろう。

実施形態に係る方法において、Ｈ¹⁸⁸ＲｅＯ₄を放射性同位元素源化合物として用いた。Ｈ¹⁸⁸ＲｅＯ₄を石英皿に集め、乾燥させ、イオン源室に置いた。イオン源室の気圧を大気圧より低くし、イオン源室で水素プラズマを生成した。その結果、プラズマが放射性同位元素源化合物を加熱して、気化するのに十分なだけの温度にまで引き上げた。放射性同位元素源化合物の分子は気化してプラズマ（たとえばＨ^-イオン）と交わったので、負の電荷を持つ核種が生成され、収集アセンブリへと加速された。この例では、収集アセンブリはファラデーカップであるが、実施形態はこれに限定されない。

理論に束縛されるものではないが、Ｈプラズマは放射性同位元素源化合物と交わって、負の電荷を持つ一つまたはそれ以上のイオン（たとえばＲｅＯ_n ^-）を生成し、それらのイオンはファラデーカップに向けて加速され、そこで収集される。当業者ならばわかるように、この技術は、イオン源室の中で適切な温度と気圧の組み合わせの下に気化しうる他の放射性同位元素源化合物（たとえば、酸化物、窒化物、炭化物）にも適用することができる。同様に、当業者ならばわかるように、適切な温度と気圧は、使用される物質、印加される電力、イオン源室とその付属の設備（たとえばガス流量制御器、バルブ、制御システム、真空ポンプ、冷却アセンブリ）の関数である。

実施形態に係るイオン源室は、イオン源室内部で適切な温度・気圧条件が作られ維持されるように組み立てられ、運用される。その結果、イオン源室が破損したり、目標とする放射性同位元素の収集や濃縮を妨げるような望ましくないレベルの副産物が生成されたりすることなく、放射性同位元素源物質を適切な割合で気化させることができる。たとえば、イオン源で用いられる放射性同位元素源化合物は、およそ１３００℃未満の温度で十分に気化することができる。さらに、イオン源室を作る際により広範囲の材料を用いるには、放射性同位元素源化合物がおよそ９００℃未満の温度で十分に気化するのがよい。さらに、イオン源で用いられる放射性同位元素源化合物は、およそ１Ｔｏｒｒ未満の気圧で十分に気化するのがよい。

上記のように、実施形態に係る適切なサイズの抵抗器Ｒ２を用いることで、源化合物とその容器をおよそ５００℃を越える温度にまで加熱できるプラズマを生成することができ、それによってレニウム酸化物が気化される。その結果、源化合物はプラズマ内で分離し、得られたフラグメントは負の電荷を持つイオンとなる（たとえばＲｅＯ_n ^-）。負の電荷を持つイオンはイオン源室から抽出され、ファラデーカップに注入される。

注入を繰り返したあと、ファラデーカップを取り外してガンマ線エネルギー分析を行って、ファラデーカップに注入された放射能の量を測定する。イオン源機能分析によれば、図１に示す装置によって、およそ１．２ｍＡの注入ビーム電流（Ｈ^-がビームの大部分を占め、放射性同位元素源化合物核種ＲｅＯ_n ^-がビームの小部分を占める）が作り出される。

図３は、実施形態に係る抽出Ｒｅビームを一時間照射したあとのファラデーカップの画像である。加速されたビームの力は初期構成に基づくファラデーカップの許容度を越えるため、ファラデーカップは図３に示すように変色し変形した。ファラデーカップとイオン源室から取り出した源化合物コンテナを、高純度ゲルマニウム探知器で分析して放射能を調べたところ、最初の結果によれば、源から揮発した放射能のうち２０％がファラデーカップに実際に注入されていた。

抽出率を上げるようさらに試みてもよい。ここで、抽出率とは、源化合物の容器（たとえば石英皿）から分離した所望のレニウム放射性同位元素の割合のことである。たとえば、安定同位体のレニウム原子および放射性同位体のレニウム原子の混合物をイオン源室で用いられる源化合物の容器に入れることで、放射性同位体の原子の大半は、十分に気化し、イオン化し、目標物アセンブリ（たとえばファラデーカップ）で収集される。当業者ならばわかるように、安定同位体のレニウム原子および放射性同位体のレニウム原子と抽出電圧とをさまざまに組み合わせることで、抽出率をさらに上げることができる。

図４は、実施形態に係る、レニウムイオン源用の水冷ファラデーカップの平面図、側面図、及び斜視図である。ファラデーカップ１０２のための水冷構成１０６を備えた改良型の装置を用いることで、注入中にファラデーカップ１０２が受ける損傷を減らすことができる。たとえば、水冷ファラデーカップ１０２は長時間の注入時に用いるのが効果的で、源から放射能がより離れやすくする。

実施形態に係る方法と装置を用いれば、比放射能が増した¹⁸⁶Ｒｅとそれに関連する化合物を、利用できるほどの分量、生成するのが容易になる。たとえば、¹⁸⁶Ｒｅ源化合物をイオン源室に置き、当該¹⁸⁶Ｒｅ源化合物を気化させるのに十分なだけの温度と気圧の組み合わせにさらす。水素プラズマを用いて、当該¹⁸⁶Ｒｅ源化合物を加熱するとともに、得られる分子フラグメントをイオン化し、それによってＲｅを含む陰イオンを生成する。Ｒｅを含む陰イオンは、イオン源室から抽出され、正の電荷を持つ目標物容器に集められる。

当業者ならばわかるように、別の構成を採用してさらなる加熱をしてもよい。たとえば、源化合物を気化させるプラズマの代わりに、あるいは当該プラズマに加えて、抵抗加熱及び／あるいはマイクロ波加熱を用いてもよい。同様に、別の構造（たとえば、より高電圧のフィラメント）を用いて負の電荷を気化した源化合物のフラグメントに与え、それによって所望の核種（たとえば放射性の核種）をイオン源室から抽出し、収集アセンブリへと加速してもよい。さらに、源化合物をイオン源室へ気化物質（たとえば過レニウム酸）として導入してもよい。このように、本件の開示に従って適切に構成されれば、さまざまな代替実施形態を用いて、より高い比放射能を持つ化合物を生成することができる。分離アセンブリ（たとえば磁気分離アセンブリ）にもよるが、実施形態に係る方法と装置を用いて、３０から３００キュリー／ｍｇの比放射能値を達成することができる。

上で論じたように、カスプ型イオン源を用いて、過レニウム酸塩分子をイオン化し当該分子を水冷ファラデーカップに注入することで、中性子を照射された¹⁸⁵Ｒｅから¹⁸⁶Ｒｅを分離することができる。カスプ型イオン源を用いれば、たとえ過レニウム酸塩イオンビームが制御されていなくても、比較的高電流の陰イオン水素ビームが混入していても、満足すべき結果を出すことができる。

あるいは、陰イオン表面熱イオン化（ＮＩＳＴ）方法を用いて過レニウム酸塩分子をイオン化してもよい。環境にもよるが、陰イオン表面熱イオン化方法はカスプ型イオン化方法よりもより効率的で効果的である。実施形態に係る、陰表面イオン化を用いた方法と装置を以下に述べる。表面イオン化に関する追加情報は、Ｂｒｏｗｎ，Ｉａｎ Ｇ．（Ｅｄ．），”Ｔｈｅ Ｐｈｙｓｉｃｓ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｉｏｎ Ｓｏｕｒｃｅｓ”，２ｎｄ ｅｄｉｔｉｏｎ，Ｗｉｌｅｙ−ＶＣＨ，Ｗｅｉｎｈｅｉｍ，２００４に記載されており、その全内容が参照によりここに援用される。

陰イオン表面熱イオン化（ＮＩＳＴ）方法の最中に、帯電していない原子や分子が加熱された表面と衝突し一時的に吸収されると、加熱された表面は十分に熱いので、当該原子は吸収されたままではいない。その結果、当該原子または分子は加熱された表面を離れるときにイオン化される。加熱された表面の仕事関数（Φ）が加熱された表面と衝突する原子または分子の電子親和力（ＥＡ）よりも小さいと、陰イオンが生成される。

たとえば、図５を参照すると、比較的熱い表面５００に近づくと、原子／分子５０２はその原子核と比較的熱い表面５００内部の自由電子とのあいだに働く力によって極性を持つ。こうした力のために、原子／分子５０２は比較的熱い表面５００に付着する。もし比較的熱い表面５００の仕事関数（Φ）が、吸収された原子／分子５０２の電子親和力（ＥＡ）より小さいならば、比較的熱い表面５００の伝導帯におけるフェルミ準位の電子５０４がポテンシャル障壁を突き抜けることにより原子／分子５０２の電子親和力準位へとシフトする。その結果、吸収された原子／分子５０２が帯電されていない状態から陰イオン状態へと変わる可能性がある。もし比較的熱い表面５００の温度が十分に高いならば、吸収された原子／分子５０２は拘束力に打ち勝つだけのエネルギーを蓄え、熱脱離を起こす。吸収された原子／分子５０２は、熱脱離のあいだに、比較的熱い表面５００から、比較的低いエネルギーを持つイオン５０６として排出される。

イオン化の尤度は、表面温度の関数、表面材料の仕事関数、イオン化される原子／分子の電子親和力として表される。陰イオンが排出される可能性は、一組の式を用いて数学的に表すことができる。たとえば、加熱された表面を離れる中性粒子束（Ｎⁿ）に対するイオン束（Ｎ^-）の平衡比（α）は、下記式（４）に示すサハの電離公式で表される。

上記式において、Ｎ^-は陰イオンの放出比、Ｎⁿは中性核種の放出比、Φは表面の仕事関数［ｅＶ］、ＥＡは原子または分子の電子親和力［ｅＶ］、ｋはボルツマン定数（８．６１７×１０^-5ｅＶ／Ｋ）、Ｔは絶対表面温度［Ｋ］、ｇ^-とｇⁿはそれぞれ、陰イオンと中性原子／分子の統計学的重み係数である。ｇ^-とｇⁿは、以下の式で与えられるそれぞれの核種の総スピンＳに関連し、この式においてｓ_iはｉ番目の電子のスピンである。

粒子(Ｎ₀)の総数がＮ^-＋Ｎⁿに等しいときは、イオン化効率（β）は平衡状態にある。イオン化効率（β）は下記式（５）で表される。

上記式において、Ｎ^-は陰イオンの放出比、Ｎⁿは中性核種の放出比、Φは表面の仕事関数［ｅＶ］、ＥＡは原子または分子の電子親和力［ｅＶ］、ｋはボルツマン定数（８．６１７×１０^-5ｅＶ／Ｋ）、Ｔは絶対表面温度［Ｋ］、ｇ^-とｇⁿはそれぞれ、陰イオンと中性原子／分子の統計学的重み係数である。ｇ^-とｇⁿは、以下の式で与えられるそれぞれの核種の総スピンに関連し、この式においてｓ_iはｉ番目の電子のスピンである。

上記の各式から、温度が高いほどイオン化ポテンシャルも高いことがわかる。さらに、下記式（６）から、衝突する粒子の滞留時間（τ）は、温度が高いほど減らすことができることがわかる。

上記式において、Ｅ_adsはイオン吸収エネルギー［ｅＶ］、τ₀は表面近くのイオンの振動時間［秒］、ｋはボルツマン定数（８．６１７×１０^-5ｅＶ／Ｋ）、Ｔは絶対表面温度［Ｋ］である。

イオン化吸収エネルギー（Ｅ_ads）は数ｅＶであり、τ₀は約１０^-13秒である。イオン化確率は、最初の運動エネルギーが吸収エネルギーより小さいか等しい限り、最初の運動エネルギーとは無関係である。なぜならば、加熱した表面の滞留時間（τ）は、加熱した表面の熱平衡をもたらすのに十分だからである。

実施形態に係る陰表面イオン源装置は、気化ユニット、真空システム、イオン化ユニット、抽出ユニットを備えている。抽出ユニットは、過剰な電子を取り除くために磁石を備えている。実施形態に係るイオン化と抽出では、¹⁸⁵/¹⁸⁶Ｒｅの混合物をるつぼに入れ、そのるつぼを気化ユニットに入れる。気化ユニットは真空にする。¹⁸⁵/¹⁸⁶Ｒｅ混合物の過レニウム酸塩分子を真空中で気化させる。過レニウム酸塩はそれからイオン化ユニットでイオン化させる。得られた過レニウム酸塩イオンをビームとしてイオン化ユニットから取り出す。このビームは形を整えて質量分離器に注入できるようにし、そこで¹⁸⁶Ｒｅから¹⁸⁵Ｒｅを分離する。

実施形態に係る¹⁸⁶Ｒｅの単離方法を以下でさらに詳しく論じる。放射された化学的に不確定の¹⁸⁵/¹⁸⁶Ｒｅ混合物は過レニウム酸塩へと化学的に変換される（異なる対イオンが適当である）。過レニウム酸塩は水に溶かして気化るつぼに移す。るつぼから水を完全に蒸発させ、¹⁸⁵/¹⁸⁶Ｒｅ過レニウム酸塩がるつぼの壁に付着するようにする。

るつぼは仕事関数が比較的低い耐熱材料でできている。たとえば、るつぼはタングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）、あるいはランタン六ホウ化物から作られてもよいが、これらに限られるものではない。るつぼの空洞は片側が閉じた中空の円筒からできており、開口部は気化ユニットに直接つながっている。空洞の内径と深さは数ミリから数センチの範囲であり、必要に応じて調整される。

るつぼは、オーム加熱用の気化ユニットのフィラメントの中に置く。過レニウム酸塩が入ったるつぼを気化ユニットのフィラメントに入れたあと、真空状態にする（たとえば１０^-5から１０^-7Ｔｏｒｒ）。るつぼは約１５００℃まで加熱する。

気化のあと、揮発した過レニウム酸塩はイオン化ユニットへ流れ込む。イオン化ユニットの温度は、気化ユニットの温度とは別に制御する。イオン化装置は仕事関数が比較的低い耐火材料でできている。イオン化装置は管状である。イオン化装置に多穴性の材料またはスクリーンを詰めて表面積を増やすことによりイオン化プロセスを向上させてもよい。イオン化装置はフィラメントによって約１５００℃までオーム加熱される。気化装置とイオン化装置とを比較的固く連結させて、揮発する過レニウム酸塩の損失を減らすか防ぐとよい。連結部では気化装置とイオン化装置の熱の絶縁を行い、気化とイオン化をそれぞれ独立して制御できるようにする。

イオン源の操作により、揮発したイオン化過レニウム酸塩と中性の過レニウム酸塩とが平衡状態に置かれたプラズマが、イオン化装置の中に生成される。イオン化の最中に作られた過剰な自由電子も存在する。過剰な自由電子がさらに増えるのを緩和するか妨げるために、比較的弱い磁場をイオン化装置の「出口」に設けて過剰な自由電子をスクリーニング電極へ誘導する。

電圧レベルが異なる一連の抽出電極によって作られた電界によってイオン化装置から陰イオン化された核種を加速させる。まず、過レニウム酸塩イオンと過剰な自由電子を抽出電極によってイオン化領域から加速させる。過レニウム酸塩イオンはそれからスクリーニング電極によってさらに加速し形を整えるが、過剰な自由電子（質量がより小さい）はスクリーニング電極に当たり、過レニウム酸塩イオンビームから取り除かれる。最後に抽出された過レニウム酸塩イオンビームは、磁気的及び／または静電的ビーム光学素子によってさらに形を整えられ、それから質量分離器に注入して、¹⁸⁶Ｒｅから¹⁸⁵Ｒｅを分離する。

上記実施形態はより高い比放射能を持つ¹⁸⁶Ｒｅ化合物の生成に関するが、本発明の開示はこれに限定されるものではない。たとえば、上記の方法と装置は、上に詳述したように作られ作動するイオン源室内で気化し負の電荷を帯びた他の放射性同位元素核種（たとえば⁹⁹Ｍｏ化合物）の抽出に用いてもよい。したがって、実施形態に係る方法と装置を用いて、従来の生成・純化技術に比べてより長い貯蔵期間とよりよい治療及び／または診断効果を持ち、比放射能がより高い範囲にある放射性同位元素材料を、より多く生成することができる。

本明細書において実施形態を開示してきたが、これは種々の変更が可能である。そのような変更はここに開示された実施形態の精神と範囲からの逸脱と見なされるべきものではなく、当業者にとって自明なそのような変更は、以下に示す請求項の範囲に含まれるべきものである。

Claims (13)

¹⁸⁶Ｒｅを単離する方法であって、
¹⁸⁵Ｒｅと¹⁸⁶Ｒｅを含む源化合物を気化する工程と、
上記気化された源化合物をイオン化して、¹⁸⁵Ｒｅと¹⁸⁶Ｒｅを含む負の電荷を帯びた分子にする工程と、
上記負の電荷を帯びた分子を分離して、¹⁸⁶Ｒｅを含む負の電荷を帯びた分子を単離する工程と、
上記単離された¹⁸⁶Ｒｅを含む負の電荷を帯びた分子を、正の電荷を帯びた収集器によって収集する工程と、
を含む方法。

上記源化合物は真空中で気化される、請求項１に記載の¹⁸⁶Ｒｅを単離する方法。

上記源化合物は、イオン源において、１５００℃未満の温度、１Ｔｏｒｒ未満の気圧で気化される、請求項１に記載の¹⁸⁶Ｒｅを単離する方法。

上記気化された源化合物は水素プラズマによってイオン化される、請求項１に記載の¹⁸⁶Ｒｅを単離する方法。

上記気化された源化合物は加熱した表面に上記気化された源化合物の分子を衝突させることによりイオン化され、上記加熱した表面の仕事関数は上記分子の電子親和力よりも小さく、その結果、負の電荷を帯びた分子が上記加熱した表面から排出される、請求項１に記載の¹⁸⁶Ｒｅを単離する方法。

上記源化合物は、イオン源において、１５００℃未満の温度、１Ｔｏｒｒ未満の気圧でイオン化される、請求項１に記載の¹⁸⁶Ｒｅを単離する方法。

上記負の電荷を帯びた分子を分離する工程は、電界を生成してイオン源から上記負の電荷を帯びた分子を抽出し加速させる工程を含む、請求項１に記載の¹⁸⁶Ｒｅを単離する方法。

上記電界は抽出電極によって生成される、請求項７に記載の¹⁸⁶Ｒｅを単離する方法。

上記負の電荷を帯びた分子を分離する工程は、磁界を生成して上記負の電荷を帯びた分子から過剰な自由電子を引き離す工程を含む、請求項１に記載の¹⁸⁶Ｒｅを単離する方法。

上記磁界はスクリーニング電極によって生成される、請求項９に記載の¹⁸⁶Ｒｅを単離する方法。

上記負の電荷を帯びた分子を分離する工程は、上記負の電荷を帯びた分子を質量分離器に注入して上記¹⁸⁶Ｒｅを含む負の電荷を帯びた分子を単離する工程を含む、請求項１に記載の¹⁸⁶Ｒｅを単離する方法。

上記単離された¹⁸⁶Ｒｅを含む負の電荷を帯びた分子は、ファラデーカップによって収集される、請求項１に記載の¹⁸⁶Ｒｅを単離する方法。

上記ファラデーカップは水冷式である、請求項１２に記載の¹⁸⁶Ｒｅを単離する方法。

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