JP6358751B2 - 放射性テクネチウム99m含有物質生成方法及び生成装置 - Google Patents
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Description
(ミュオン)
ミュオンは、素粒子の一種である。ミュオンには、正負の電荷を持つ2種類の粒子がある。正の電荷を有する正ミュオン及び負の電荷を有する負ミュオンの真空中の寿命は、2.2μsである。ミュオンの質量は、陽子の1/9倍、電子の207倍である。ミュオンは、宇宙線としても地表に飛来するが、150MeV以上のエネルギーの陽子等を発生することのできる粒子加速器を用いて大量に作られる。
以下、負ミュオンをミュオンともいう。
図1は、本実施形態のテクネチウム99m含有物質生成装置の構成例を示す図である。テクネチウム99m含有物質生成装置100は、ミュオン発生装置110及びルテニウム試料保持部120を含む。ミュオン発生装置110は、陽子加速器112、パイオン/ミュオン生成標的保持部114、ミュオン生成ビーム光学系部116を含む。
パイオン/ミュオン生成標的保持部114は、陽子加速器112で加速された陽子ビームの焦点の位置にパイオン/ミュオン生成標的を保持する。パイオン/ミュオン生成標的として、例えば、直径5cm長さ15cmの円筒形の黒鉛材が使用される。パイオン/ミュオン生成標的は、陽子ビームのパイプとつながる真空中に置かれる。
陽子加速器112の例として、エネルギー500MeV、電流300μA、磁場8Tの中型超電導陽子サイクロトロンが挙げられる。当該中型超伝導陽子サイクロトロンを陽子加速器112として使用した場合、毎秒2.2×1011個のミュオンが得られる。
図2は、ミュオン生成ビーム光学系部の断面の例を示す図である。ミュオン生成ビーム光学系部116は、常伝導磁気コイル152、複数の超電導磁気コイル154、放射線シールド156、磁気シールド158を含む。
陽子加速器112で生成された陽子ビームがパイオン/ミュオン生成標的に照射されると、パイオンが発生する。ミュオン生成ビーム光学系部116は、パイオン/ミュオン生成標的で生成されたパイオンを常伝導磁気コイル152側から取り込む(図2の左側)。取り込まれたパイオンは、常伝導磁気コイル152及び超電導磁気コイル154により閉じ込め輸送され、閉じ込め輸送される際にパイオンのうちの一部がミュオンに変化し、出射する(図2の右側)。ミュオンビームの焦点の位置には、ルテニウム試料が設置される。ルテニウム試料は、ルテニウム試料保持部120によって保持される。ルテニウム試料に、ミュオンビームが照射されることで、ルテニウムとミュオンとによる核反応が生じる。
電流300μAの陽子強度は、素電荷1.60×10-19クーロンを使用して、毎秒1.9×1015(=J)となる。エネルギー500MeVの陽子が標的の炭素に衝突し、運動量150MeV/cの正パイオンが発生する立体角0.5ステラジアンに対する微分断面積の運動量依存性は、図3に示すようになる。負パイオンと正パイオンとの断面積の比は、1/7である。運動量±5%で150MeV/c(65MeV)の負パイオンが生まれる断面積は、立体角1ステラジアン、運動量幅±5%で取り込んだとすると、0.48×1-27cm2(=σ)である。12cm厚の炭素の原子数は、2.4×1023cm-2(=nt)である。これらの3つの値の積(J・σ・nt)から、ミュオン生成ビーム光学系部に取り込まれるパイオンの強度は、毎秒2.2×1011となる。
図8及び図9は、負ミュオンによるルテニウム核吸収反応を示す図である。図8及び図9では、負ミュオンによる、ルテニウム96、ルテニウム98、ルテニウム99、ルテニウム100、ルテニウム102、ルテニウム104との、核吸収反応が示される。ルテニウム96、ルテニウム98、ルテニウム99、ルテニウム100、ルテニウム102、ルテニウム104は、天然に存在するルテニウムである。
図16は、照射試料分析系の例を示す図である。
一般に放射能がミュオン照射等によって連続的に作られる場合、生成される放射性核の半減期の数倍の時間がたてば、毎秒作られる数と崩壊してゆく数とが等しくなる。
R0を1.1×1011/sとして、Tc99mの含有量は 0.55 μgとなる。
ルテニウム試料として、例えば、三酸化ルテニウムが使用され得る。三酸化ルテニウムにミュオンを照射すると、三酸化ルテニウムと三酸化テクネチウムとの混合物が生成される。この三酸化テクネチウムの中には、放射性テクネチウム99mを含む三酸化テクネチウムが存在する。当該混合物内の三酸化ルテニウムはすべて安定であることから、当該混合物に含まれる放射性物質は、放射性テクネチウム99mを含む三酸化テクネチウム及びテクネチウム99を含む三酸化テクネチウムである。放射性テクネチウム99mを医用として用いるには、生成物に、他の放射性物質が含まれることは好ましくない。本実施形態の方法によれば、他の放射性物質をほとんど含むことなく、放射性テクネチウム99mを含む過テクネチウム酸イオンを得ることができる。
ルテニウム試料として、例えば、三酸化ルテニウム(RuO3)を用いる。照射後の試料から高純度のテクネチウム99mを含有する水溶液を得るには、例えば、以下のような操作が行われる。すなわち、照射後のサンプルを減圧処理容器に入れ、減圧下、310℃〜320℃の範囲に加熱し、昇華物を得る。減圧は、通常、10パスカル〜100パスカルの範囲であればよい。該得られる昇華物は、通常、ルテニウム酸化物の含有量が0.01%以下の酸化テクネチウム(Tc2O7)である。この操作は、テクネチウム99mを含有する酸化テクネチウム(Tc2O7)の気体が生じる温度が約310℃(常圧下)であるのに対して、三酸化ルテニウムの気体が生じる温度が約400℃(常圧下)であることを利用している。次に前記昇華物に高濃度の水酸化ナトリウム水溶液を加え、昇華物を完全に溶解させた後、塩酸水溶液を加え、PHを4〜8の範囲に調整する。該得られる水溶液は、過テクネチウム酸イオン(TcO4 -)を含有する水溶液である。水酸化ナトリウムのモル濃度は、4M〜8M程度であればよい。次に、この過テクネチウム酸イオン(TcO4 -)を含有する水溶液を上層に吸着材と下層にイオン交換樹脂が充填されたカラムを通し、カラムを通過してくる水溶液を採取する。該吸着材は、過テクネチウム酸イオン(TcO4 -)を含有する水溶液に含まれる[99TcO4 -]イオンを吸着除去するものであり、通常、活性アルミナや活性炭が用いられる。この操作では、[99TcO4 -]イオンと同量の[99mTcO4 -]イオンも吸着除去されるので、前記過テクネチウム酸イオン(TcO4 -)を含有する水溶液に含まれる[99TcO4 -]イオンの含有量を予めガンマ線スペクトロメータ等により測定しておき、除去する[99TcO4 -]イオンの量に見合うだけの吸着材の充填量が適宜決められる。前記イオン交換樹脂は、吸着材による吸着除去が難しい金属イオン種を除去するものであり、通常、ポリスチレン系イオン交換樹脂が用いられる。以上の操作により、過テクネチウム酸水溶液に含有される99mTcの放射能が総放射能の99.985%以上である過テクネチウム酸水溶液が得られる。
放射性テクネチウム99m含有物質生成装置100におけるミュオン発生装置は、上記の例に限定されるものではなく、ミュオンを発生する他の装置によるものであってもよい。
放射性テクネチウム99m含有物質生成装置100は、ミュオンを発生させ、ターゲットとしてのルテニウム試料に照射する。ルテニウム試料にミュオンが照射されると、ルテニウム試料中のルテニウムとミュオンとの核反応により、ルテニウム試料は、放射性テクネチウム99mを含む物質(放射性テクネチウム99m含有物質)となる。
110 ミュオン発生装置
112 陽子加速器
114 パイオン/ミュオン生成標的保持部
116 ミュオン生成ビーム光学系部
120 ルテニウム試料保持部
152 常伝導磁気コイル
154 超電導磁気コイル
156 放射線シールド
158 磁気シールド
Claims (7)
- 負ミュオンを発生する工程と、
前記負ミュオンをルテニウム試料に照射する工程と、
を有する放射性テクネチウム99m含有物質生成方法。 - 前記ルテニウム試料は、金属ルテニウム及びルテニウム化合物のうち少なくとも1つを含む
請求項1に記載の放射性テクネチウム99m含有物質生成方法。 - 前記ルテニウム試料は、複数の厚さ4mm以下のルテニウム薄板を重ねたものである、請求項1または2に記載の放射性テクネチウム99m含有物質生成方法。
- 負ミュオンを発生するミュオン発生装置と、
前記ミュオン発生装置で発生した前記負ミュオンを照射されるルテニウム試料の保持装置と、
を備える放射性テクネチウム99m含有物質生成装置。 - 前記ルテニウム試料は、金属ルテニウム及びルテニウム化合物のうち少なくとも1つを含む
請求項4に記載の放射性テクネチウム99m含有物質生成装置。 - 前記ルテニウム試料は、複数の厚さ4mm以下のルテニウム薄板を重ねたものである、請求項4または5に記載の放射性テクネチウム99m含有物質生成装置。
- 前記ミュオン発生装置は、
複数の超伝導コイルを有し、全長6m以上であるミュオン生成ビーム光学系部を備える請求項4乃至6のいずれか1つに記載の放射性テクネチウム99m含有物質生成装置。
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