JP6467574B2 - ＭｏＯ３から９９ｍＴｃを熱分離精製する方法及びその装置 - Google Patents

Description

本発明は、熱分離法を用いて、層型試料容器中の三酸化モリブデン（MoO₃）から放射性テクネチウム-99m（^99mTc）を熱分離精製するための方法及びその装置に関する。

熱分離法は、¹⁰⁰MoO₃試料(融点：795℃)を例えば加速器や原子炉で生成したMo-99（⁹⁹Mo）から、^99mTc酸化物(化学形Tc₂O₇等、融点〜400℃)を熱分離する温度差を利用して分離回収する方法である。

¹⁰⁰MoO₃試料等から熱分離により^99mTcを分離回収する方法は、現在行われている代表的な(n, f) ⁹⁹Moからの方法と比較して、核分裂による放射性物の生成が無い上に、約300℃以下では物質への付着により固定化されるため、拡散による汚染の拡大の少ない固有の安全性を持っている。

さらに、熱分離による^99mTcの分離回収は、例えば特許文献１に記載されているような、(n,f) ⁹⁹Moからの製造方法である酸溶解及び溶媒抽出による湿式法等と比較して、不純物の混入する恐れが少なくかつ処理が簡単である。それは、¹⁰⁰MoO₃試料等に含まれる不純物としての金属(Cu、Si、W等)は、一般的に900℃以下の温度では熱分離などにより飛散する恐れが少ない物質が多いことに加えて、^99mTc酸化物の固有の回収温度(化学形Tc₂O₇等、融点〜400℃)で同様に凝固する不純物も少ないことによる。また、融点の低い金属(Al、Zn等)についても、加速器や原子炉用の試料作成時に、870℃に加熱することにより試料からの除去が見込まれ、不純物の混入を少なくすることが可能となっている。

上述したように、熱分離法は湿式法等よりも有利な点が多いことから、⁹⁹Moから^99mTcを分離回収する方法として有望視されている。熱分離法に関しては、電気炉内に置いてある⁹⁹Moを含むMoO₃試料を（１）粉末状態のままで行う方法と、（２）溶融して行う方法の二通りの研究開発が行われている。

特表2013-511046号公報 特開2010-223937号公報

S. Tachimori, H. Nakamura, and H. Amano: J. Nucl. Sci. Technolo. 8(1971)295. M. Tomicic: RISO-M-1943, Riso National Laboratory(1977). R.E. Boyd, Int. J. APPI. Radiat. Isot. 33(1982) 801-809. R. G. Bennett, J. D. Chrostian, D. A. petti, W. K. Terry, S. B. Grover: Nucl. Technol. 126(1999) 102-121. A, Dash, F.F.(Russ) Knap Jr., M.R.A. Pillai: Nucl. Med. Biology. 40(2013) 167.

しかし、上述の方法は、いずれも以下の大きな欠点を有するために、未だ多量のMoO₃試料を用いて、^99mTcを効率よく分離精製する技術が確立していない。
a) ⁹⁹Mo を含む多量のMoO₃試料に対しては、^99mTcの回収率が25〜50%と低いこと。
b) 分籬(ミルキング)回数が増えると回収率が激減すること。
c) 放射性同位体⁹⁹Tc(基底状態)を含む21gのMoO₃試料に対し、64%〜99%の⁹⁹Tc回収率を得ている事例では、ルツボ(MoO₃試料を入れる容器)中の溶融MoO₃厚は1mm程度以下（例えば0.8mm）に抑える必要がある。この厚さでは、100g程度以上の放射性同位体⁹⁹Moを含む多量のMoO₃試料の使用には、10×5cm² 程度の大きなルツボを持つ電気炉を5台以上用いる必要があり、経費と操作の負担が大きいこと。

したがって、本発明の目的は、1台の電気炉において⁹⁹Moを含むMoO₃試料を多量に溶融でき、多数回のミルキングで^99mTcを高分離効率で且つ安定に回収することができるMoO₃から^99mTcを熱分離精製する方法及びその装置を提供することにある。

上述の課題を解決するため、本発明では、基本的に電気炉中に、複数個のルツボを縦方向に多層配置し、酸素を含むガスを流しつつ、ルツボにおいて⁹⁹Moを含むMoO₃試料を溶融し、多数回のミルキングを行って、MoO₃から^99mTcを熱分離精製する。

より具体的には、本発明の一つの観点に係るMoO₃から^99mTcを熱分離精製する方法は、複数個のルツボが縦方向に多層に配置された電気炉を用い、該電気炉内に酸素を含むガスを流しつつ、前記ルツボにおいて⁹⁹Moを含むMoO₃試料を溶融し、多数回のミルキングを行って、^99mTcを回収する段階を有する。なお、上述の酸素を含むガスは、湿気を帯びた酸素を含むガスであることが好ましい。

また、本発明の他の観点に係るMoO₃から^99mTcを熱分離精製する装置は、縦方向に設けられた複数個のゾーン毎に温度制御が可能な発熱体を有する電気炉と、該電気炉の内部に縦方向に多層配置された、⁹⁹Moを含むMoO₃試料を溶融するための複数個のルツボと、該ルツボ周囲に酸素を含むガスを導入させる手段と、ミルキングによって得られた^99mTcを回収する回収ホルダとを備えている。

なお、本願明細書において、電気炉は1台であっても、複数台であっても良い。台数は電気炉の大きさや、処理量に応じて適宜選択可能である。また、多量のMoO₃試料とは、好ましくは100g以上のMoO₃試料を意味し、多数回のミルキングとは、好ましくは5回以上のミルキングを意味し、さらに^99mTcの高分離効率とは、50％を超える^99mTc分離効率を意味する。

本発明によれば、例え1台の電気炉でも多量の¹⁰⁰MoO₃試料を利用できると共に、高分離効率で試料中の⁹⁹Moから⁹⁹Tcを多数回のミルキング操作に対し、安定に高分離効率で回収できる。そして、極めて高価な濃縮¹⁰⁰MoO₃試料を熱分離後に高回収率で回収できるため、試料の再利用が叶い、試料経費が大幅に節減できる。

本発明に係るMoO₃から^99mTcを熱分離精製する装置の全体構成図。 熱分離精製装置の電気炉部分の構造及び試料装着動作の説明図。 熱分離精製装置の電気炉部分の構造及び^99mTc抽出動作の説明図。 熱分離精製装置の電気炉部分の構造及び^99mTc回収動作の説明図 試験装置におけるMoO₃針状結晶回収部の全体写真。 試験装置におけるMoO₃針状結晶回収部の分解写真。 MoO₃針状結晶回収の状態を示す写真。

本発明に係る装置とその周辺装置を含む全体構成図を図１に示す。また、本装置の断面図を、⁹⁹Moを含むMoO₃試料の装着を示す部分、^99mTcの抽出を示す部分、^99mTcの回収を示す部分に分けて、それぞれ図２乃至図４に示す。

図１乃至図４において、符号1は酸素ガス導入口、2は水冷ジャケット付3ゾーン電気炉、3は石英製外筒管、4は石英製内筒管、5は試料ホルダ、6は白金ルツボとMoO₃試料、7はMoO₃針状結晶捕集用トラップ（以下単に針状結晶捕集用トラップという。）、8はMoO₃針状結晶捕集用コルツウールトラップ（以下単にコルツウールトラップという。）、9はカンタル発熱体、10は断熱材、11は試料支持台、12は^99mTcを回収する回収ホルダ、13は金ワイヤー、14は酸素ガス排出口、そして15及び16は^99mTc回収ホルダ用上下駆動装置（以下単に上下駆動装置という。）を示す。

本発明に係る装置は、気密保持とフィルターを装備した換気装置の設置された放射線しゃへいセル（主たる部分の材質が鉄若しくは鉛）内で用いられることから、図1の酸素ボンベのバルブ以降の機器は放射線遮蔽セル内に設置される。また、電気炉の外面を水冷できる構造となっている（図示せず）。また、図1乃至図4のカンタル発熱体9の構造から明らかなように、電気炉内は3ゾーンに分割してあり、独自に温度制御できる構造である。各ゾーンについては、ゾーン両端を石英装置の直径方向に約10mmまで狭め、かつ断熱用のフェルトを張ることによりゾーン毎の温度制御を容易にできる構造となっている。

次に、図2乃至図4を参照して、電気炉の構造についてさらに詳細に説明する。電気炉の内部に設置する石英製外筒管3は、電気炉本体2に固定され、上部からボールジョイントにより酸素ガス導入管1が接続されている。試料を保持した、石英製内筒管4、試料ホルダ5、白金ルツボ6、トラップ7、およびコルツウール8から成る石英装置が、石英製外筒管3内の試料支持台11上に設置されている。すなわち、石英装置全体が石英製外筒管3に挿入される構造となっている。石英装置は 2重構造となっており、この装置は、内筒管4の中に試料の入った白金ルツボ3個が保持できる試料ホルダ5と、昇華した¹⁰⁰MoO₃試料を針状結晶として回収する石英製のトラップ7及び¹⁰⁰MoO₃試料を完全に捕集するためのコルツウールトラップ8を備えている。

また、内筒管4と各容器の分離部を段違いとすることにより、構造体として組み立てられる構造となっている。この内筒管下部のボールジョイント部に、^99mTc 捕集するための金線(0.2mmφ×2M ≒ 1.3g)13を挿入した ^99mTc 回収ホルダ12を設置した架台を上下することにより接続できる構造となっている。また、いずれの架台もOリングにより気密を取る構造となっている。

再度、図１を参照する。系内に流すガスは、リザーバータンクの次段に設置された水バブラーを通して加湿した酸素を含むガスで、50〜200ml/minの流量を下部からポンプにより吸引し、マスフローメータにより流量をコントロールすることで、熱分離した^99mTcが内筒管4及び回収ホルダ12外に漏れることを防ぐことができ、安全性の高い構造となっている。より詳細には、水バブラーによって加湿された酸素を含むガスは、石英製外筒管上部→石英製内筒管→ルツボ（MoO₃）→針状結晶回収トラップ→針状結晶回収フィルター(コルツウール)→^99mTc回収ホルダ→マスフローメータ→減圧計付きリザーバータンク→ポンプ→水バブラーの経路を経て、放射線遮蔽セル内に放出される。

^99mTcの分離率は、加湿酸素ガスを使用することにより少なくとも約10%上げることができる。その分離率は、¹⁰⁰MoO₃試料の溶融時の厚さにより異なるが、4〜5回の分離試験の平均で6mmでは約90%、12mmでは約80%、18mmでは約70%である。

試料に使用する¹⁰⁰MoO₃は、安定濃縮同位体であり非常に高価なものである。そのため、熱分離した後に残る¹⁰⁰MoO₃試料以外の例えば¹⁰⁰MoO₃針状結晶を効率よく回収できることが課題となっているが、本装置を使用した場合熱分離により針状結晶として飛散する割合は約2%/回である。

次に、ミルキングについてさらに詳細に説明する。まず、加速器や原子炉で生成された⁹⁹Moを含む¹⁰⁰MoO₃試料等を白金製等のルツボに入れる。電気炉内温度を８００℃から８７０℃程度の範囲で徐々に上げて試料を溶融する。前記温度の保持時間は試料の量等によるが１５分から４５分である。その後、電気炉温度を室温まで下げ、^99mTcを回収して１回目のミルキングは終了する。そして、６時間から２４時間後に、再度電気炉内温度を８００℃から８７０℃程度の範囲で徐々に上げて試料を溶融し２回目のミルキングを行う。以下同様の繰り返しでミルキングを５日間程度行う。

なお、各ミルキングの終了時に、¹⁰⁰MoO₃等の針状結晶を回収する場合は、¹⁰⁰MoO₃等針状部の温度を８００度から８７０度程度の範囲で徐々に上げて針状¹⁰⁰MoO₃等を溶融し、ルツボ部に移動させて、次のミルキングを行うことも可能である。

上述のようにして、照射された試料から5回のミルキングを行うことによって約10%が捕集トラップ7に移動するが、その93%以上が回収容器に回収される。さらに、この回収容器を超音波洗浄により洗浄すると、99%が回収可能であり再利用することができる。

熱分離用電気炉として、本発明の縦型は横型と比較して、試料容器(白金ルツボ等)の電気炉内充填率を高く保持して(コンパクトにしつつ)多段に設置でき多量の試料が収容可能である。内径30mmφまでの白金ルツボを使用することが可能であり、この場合¹⁰⁰MoO₃試料溶融時に高さ 20mmでは 40gで3段では120gの処理が可能である。

前述したように、縦型電気炉は、内部をゾーン分けしてそれぞれを温度コントロールすることにより、任意の内温度分布を得ることができる。その結果、^99mTc を回収するポイントを特定しやすい装置とすることが可能である。

1は酸素ガス導入口、
2は水冷ジャケット付3ゾーン電気炉、
3は石英製外筒管、
4は石英製内筒管、
5は試料ホルダ、
6は白金ルツボとMoO₃試料、
7はMoO₃針状結晶捕集用トラップ、
8はMoO₃針状結晶捕集用コルツウールトラップ、
9はカンタル発熱体、
10は断熱材、
11は試料支持台、
12は^99mTcを回収する回収ホルダ、
13は金ワイヤー、
14は酸素ガス排出口、
15及び16は^99mTc回収ホルダ用上下駆動装置

Claims (5)

1. 複数個のルツボが縦方向に多層に配置された電気炉を用い、該電気炉内に酸素を含むガスを流しつつ、前記ルツボにおいて⁹⁹Moを含むMoO₃試料を溶融し、多数回のミルキングを行って、MoO₃から^99mTcを熱分離精製する方法。
2. 請求項１に記載の方法において、前記酸素を含むガスが、湿気を帯びた酸素を含むガスであることを特徴とするMoO₃から^99mTcを熱分離精製する方法。
3. 請求項１または２に記載の方法において、前記電気炉の内部が複数のゾーンに分けられ、それぞれのゾーンの温度をコントロールすることにより、任意の温度分布を得ることを特徴とするMoO₃から^99mTcを熱分離精製する方法。
4. 縦方向に設けられた複数個のゾーン毎に温度制御が可能な発熱体を有する電気炉と、該電気炉の内部に縦方向に多層配置された、⁹⁹Moを含むMoO₃試料を溶融するための複数個のルツボと、該ルツボ周囲に酸素を含むガスを導入させる手段と、ミルキングによって得られた^99mTcを回収する回収ホルダとを備えた、MoO₃から^99mTcを熱分離精製する装置。
5. 請求項４に記載の装置において、前記酸素を含むガスは、水バブラーを通して加湿された酸素を含むガスであることを特徴とするMoO₃から^99mTcを熱分離精製する装置。

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