JP6890319B2

JP6890319B2 - 放射性複合粒子およびその作製方法、放射性ファントムおよびその作製方法

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Publication number: JP6890319B2
Application number: JP2017092332A
Authority: JP
Inventors: 泰裕海野; 理央古川; 幸敏江塚; 伸吾廣瀬
Original assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 2017-05-08
Filing date: 2017-05-08
Publication date: 2021-06-18
Anticipated expiration: 2037-05-08
Also published as: JP2018189501A

Description

本発明は、放射性物質を含む粒子およびその粒子を含むファントムに関し、特に、放射性複合粒子、その作製方法、放射線濃度測定器の校正用の放射性複合粒子を含む放射性ファントムに関する。

原子炉・加速器を持つ放射線取扱施設の廃炉や、発生する廃棄物を安全に処理あるいは再利用するためのクリアランス制度を有効に活用することの重要性が年々増している。クリアランスとは、ある物質に含まれる微量の放射性物質が持つ放射能に起因する線量が、自然界の放射線レベルに比較して十分小さい等の一定の条件に該当するならば、その物質を放射性物質として扱う必要がないという考え方である。

この制度活用のカギの一つとして放射性物質の測定の信頼性が求められる。この測定では、使用実態に合わせた放射性物質の事前評価から決められる方法に基づいて測定が実施される。ゲルマニウム半導体検出器やＮａＩシンチレーションスペクトロメータ等の放射線濃度の測定装置は、対象物中の放射性物質の状況を模擬した標準線源で校正され、測定値の不確かさを評価することが求められる。

校正用の線源が、公益社団法人日本アイソトープ協会から提供されている。この校正用の線源は放射性物質をアルミナ、エポキシ樹脂などの媒体に均一に分布させて密封したものである。

実際の廃棄物は、建屋や機器を構成する金属やコンクリート等である。このような測定のために、原子力施設の廃棄物を開放状態で測定する装置の校正に使うことを想定したディスク状の鉄板や鉄パイプ鋳造品の線源がある（例えば、非特許文献１参照。）。

一方で、農林水産業の分野においても流通規制措置が継続されており、規制の撤廃・緩和に向けて、効率よく、かつ、信頼できる測定が求められている。このような線源としては、放射能を帯びた植物や動物が国際原子力機関から提供されている。

また、プリンタインクに放射性同位元素を混入して印刷することで、面状の一様な放射線源を形成することが可能である（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００３−１６７０９７号公報

T. Tzika et al., "A new large-volume metal reference standard for radioactive waste management" Radiation Protections Dosimetry, 2016, Vol. 168, No. 3, p. 293-299

クリアランス制度の下では、廃棄物を効率よく測定するための装置には校正のための標準線源が必要であり、多様な放射性物質の偏在が測定値の不確かさに影響するという問題がある。農水産物中の放射性物質の測定においても同様の問題があり、校正に適した標準線源のニーズが高い。

さらに、放射能を帯びた自然物の線源は入手が困難であり、測定の対象物に形状および放射性物質の偏在が類似した、人工で安定に供給される線源が存在しない。

本発明の目的の一つは、上記の問題に鑑みてなされたもので、新規で有用な放射性複合粒子およびその作製方法、放射性ファントムおよびその作製方法を提供することである。

本発明の一態様によれば、基材粒子と、上記基材粒子上の少なくとも一部に放射性物質を含む放射性被膜と、を備える複合粒子が提供される。

上記態様によれば、放射性物質を含む放射性被膜を有する複合粒子により、放射性物質の分布および放射能を制御し、実試料を模擬できる標準線源を提供できる。さらに、複合粒子を用いることで従来の点線源よりも小さい点線源を実現できる。

本発明の他の態様によれば、基材粒子を、放射性核種イオンとその元素の非放射性核種イオンを含むメッキ液に浸漬して、その基材粒子に放射性核種を含むメッキ膜を形成するステップを含む、複合粒子の作製方法が提供される。

上記態様によれば、均一な放射性核種を含むメッキ膜が形成でき、ほぼ同一の放射能を有する複合粒子を確実に多数作製可能になる。

本発明のその他の態様によれば、上記複合粒子を有する放射性ファントムが提供される。

上記態様によれば、複合粒子の密度や個数を異ならせることで、放射能が偏在した放射性ファントムを実現できる。

本発明のさらにその他の態様によれば、放射性ファントムの作製方法であって、上記の作製方法で作製した複合粒子と樹脂とを混合するステップと、当該放射性ファントムの各部位を形成するステップと、を含む、上記作製方法が提供される。

上記態様によれば、放射性ファントムの各部位の放射能を容易に異ならせて、放射能が偏在した放射性ファントムを作製可能になる。

本発明の一実施形態に係る複合粒子の構成を示す断面図である。本発明の一実施形態に係る複合粒子の変形例の構成を示す断面図である。本発明の一実施形態に係る複合粒子の他の変形例の構成を示す断面図である。本発明の一実施形態に係る複合粒子のその他の変形例の構成を示す断面図である。本発明の一実施形態に係る複合粒子の作製方法を示すフローチャートである。本発明の一実施形態に係る放射性ファントムの模式図である。本発明の一実施形態に係る放射性ファントムの作製方法を示すフローチャートである。

以下、図面に基づいて本発明の一実施形態を説明する。なお、図面間において共通する要素については同じ符号を付し、その要素の詳細な説明の繰り返しを省略する。

図１は、本発明の一実施形態に係る複合粒子の構成を示す断面図である。

図１を参照するに、本発明の一実施形態に係る複合粒子１０は、基材粒子１２と、その基材粒子１２を覆う放射性被膜１４と、その放射性被膜を覆う保護膜１６とを有する。

基材粒子１２は、球形、楕円球形、多面体等、特に形状には限定されない。

基材粒子１２の平均粒径は、特に限定されないが、２μｍ〜０.５ｍｍの範囲から選択されることが好ましい。粒径分布は、放射性被膜の厚さによって放射能を制御するために、狭い方が好ましく、（粒径の標準偏差）／平均粒径）×１００の値、すなわちＣＶ値が３以下であることが、放射能のばらつきを３シグマ（３×標準偏差）で１０％以下にすることができる点で好ましく、さらに、ＣＶ値が１.６以下であることが放射能のばらつきを３シグマで５％以下にすることができる点でさらに好ましい。

基材粒子１２は、アルミナ、シリカ、ガラス等の無機材料からなる粒子から選択される。

また、基材粒子１２は、樹脂製でもよく、例えば、ポリエステルエラストマー、ポリフェニレンスルフィド樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリアミドイミド樹脂、エポキシ樹脂(硬化物)、ポリスチレン樹脂を使用できる。

また、基材粒子１２は、金属性でもよく、金属は単金属でも合金でもよい。

また、基材粒子１２は放射性物質を含んでもよく、例えば、⁸Ｏ、²⁶Ａｌ、⁵⁷Ｎｉ、⁵⁹Ｎｉ、⁶³Ｎｉ、⁶⁴Ｃｕの放射性核種を少なくとも一つ含んでもよい。ここで、元素記号の前添え字は、その元素の質量数を表す（以下、同様）。

放射性被膜１４は、単金属あるいは二種以上の金属を含む合金からなり、さらに、ホウ素（Ｂ）、炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）、ケイ素（Ｓｉ）、リン（Ｐ）の少なくとも一つを含んでもよい。

放射性被膜１４は、放射性核種を含み、例えば、²²Ｎａ、²⁴Ｎａ、²⁸Ｍｇ、²⁶Ａｌ、³²Ｐ、³³Ｐ、³⁶Ｃｌ、⁴⁰Ｋ、⁴⁵Ｃａ、⁴⁷Ｃａ、^44mＳｃ、⁴⁶Ｓｃ、⁴⁷Ｓｃ、⁴⁴Ｔｉ、⁴⁸Ｖ、⁴⁹Ｖ、⁵¹Ｃｒ、⁵²Ｍｎ、⁵³Ｍｎ、⁵⁴Ｍｎ、⁵²Ｆｅ、⁵⁵Ｆｅ、⁵⁹Ｆｅ、⁵⁵Ｃｏ、⁵⁶Ｃｏ、⁵⁷Ｃｏ、⁵⁸Ｃｏ、⁶⁰Ｃｏ、⁵⁶Ｎｉ、⁵⁷Ｎｉ、⁵⁹Ｎｉ、⁶³Ｎｉ、⁶⁴Ｃｕ、⁶⁷Ｃｕ、⁶⁵Ｚｎ、⁶⁷Ｇａ、⁶⁸Ｇｅ、⁷¹Ｇｅ、⁷⁷Ｇｅ、⁷³Ａｓ、⁷⁴Ａｓ、⁷²Ｓｅ、⁷⁵Ｓｅ、^7９Ｓｅ、⁸³Ｒｂ、⁸⁴Ｒｂ、⁸⁶Ｒｂ、⁸⁷Ｒｂ、⁸²Ｓｒ、⁸⁵Ｓｒ、⁸⁹Ｓｒ、⁹⁰Ｓｒ、⁸⁸Ｙ、⁹⁰Ｙ、⁹¹Ｙ、⁹³Ｚｒ、⁹⁵Ｚｒ、⁹⁷Ｚｒ、⁹⁰Ｎｂ、^93mＮｂ、⁹⁴Ｎｂ、^95mＮｂ、⁹⁵Ｎｂ、⁹⁹Ｍｏ、^99mＴｃ、⁹⁹Ｔｃ、¹⁰³Ｒｕ、¹⁰⁵Ｒｕ、¹⁰⁶Ｒｕ、⁹⁹Ｒｈ、¹⁰⁵Ｒｈ、¹⁰⁶Ｒｈ、¹⁰³Ｐｄ、¹⁰⁹Ｐｄ、¹⁰⁵Ａｇ、^110mＡｇ、¹¹¹Ａｇ、¹⁰⁹Ｃｄ、^115mＣｄ、¹¹¹Ｉｎ、^114mＩｎ、¹¹⁵Ｉｎ、¹¹³Ｓｎ、^117mＳｎ、^119mＳｎ、^121mＳｎ、¹²³Ｓｎ、¹²²Ｓｂ、¹²⁴Ｓｂ、¹²⁵Ｓｂ、¹²¹Ｔｅ、^123mＴｅ、^125mＴｅ、^127mＴｅ、^129mＴｅ、¹³²Ｔｅ、¹²³Ｉ、^12４Ｉ、¹²⁵Ｉ、¹²⁶Ｉ、¹²⁹Ｉ、¹³¹Ｉ、¹³¹Ｃｓ、¹³⁴Ｃｓ、¹³⁵Ｃｓ、¹³⁷Ｃｓ、¹³¹Ｂａ、¹³³Ｂａ、¹⁴⁰Ｂａ、¹⁴⁰Ｌａ、¹³⁹Ｃｅ、¹⁴¹Ｃｅ、¹⁴⁴Ｃｅ、¹⁴³Ｐｒ、¹⁴⁷Ｎｄ、¹⁴⁷Ｐｍ、¹⁵¹Ｓｍ、¹⁵²Ｅｕ、¹⁵⁴Ｅｕ、¹⁵⁵Ｅｕ、¹⁵³Ｇｄ、¹⁵⁷Ｔｂ、¹⁶⁰Ｔｂ、¹⁶¹Ｔｂ、^166mＨｏ、¹⁶⁹Ｅｒ、¹⁷⁰Ｔｍ、¹⁷¹Ｔｍ、¹⁶⁹Ｙｂ、¹⁷⁵Ｙｂ、¹⁷⁷Ｌｕ、¹⁷⁵Ｈｆ、¹⁸¹Ｈｆ、¹⁸²Ｔａ、¹⁸¹Ｗ、¹⁸⁵Ｗ、¹⁸⁸Ｗ、¹⁸³Ｒｅ、¹⁸⁵Ｏｓ、¹⁹¹Ｏｓ、¹⁹²Ｉｒ、¹⁹⁵Ａｕ、¹⁹⁶Ａｕ、¹⁹⁸Ａｕ、¹⁹⁹Ａｕ、¹⁹⁷Ｈｇ、²⁰³Ｈｇ、²⁰²Ｔｌ、²⁰⁴Ｔｌ、²⁰²Ｐｂ、²¹⁰Ｐｂ、²⁰⁶Ｂｉ、²⁰⁷Ｂｉ、²¹⁰Ｂｉ、²⁰⁸Ｐｏ、²¹⁰Ｐｏ、²²⁴Ｒａ、²²⁶Ｒａ、²²⁸Ｒａ、²²⁷Ａｃ、²²⁸Ｔｈ、²³⁰Ｔｈ、²³²Ｔｈ、²³¹Ｐａ、²³²Ｕ、²³³Ｕ、²³⁴Ｕ、²³⁵Ｕ、²³⁷Ｕ、²³⁸Ｕ、²³⁷Ｎｐ、²³⁹Ｎｐ、²³⁸Ｐｕ、²³⁹Ｐｕ、²⁴⁰Ｐｕ、²⁴¹Ｐｕ、²⁴²Ｐｕ、²⁴¹Ａｍ、²⁴³Ａｍ、²⁴²Ｃｍ、²⁴⁴Ｃｍ、および²⁵²Ｃｆから選択される（ここで質量数に付したｍは準安定状態を示す。）。放射性核種の半減期がより長い方が、校正用の線源としては放射能の経時変化が小さい点で好ましい。

放射性被膜１４は、適宜選択されるが、膜厚が０.１μｍ〜１μｍであることが適度な放射能と成膜の容易さの観点から好ましい。

保護膜１６は、二種以上の金属を含む合金からなり、さらに、単金属あるいは合金はホウ素（Ｂ）、炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）、ケイ素（Ｓｉ）、リン（Ｐ）の少なくとも一つを含んでもよい。これにより、放射性被膜１４の摩耗、損傷、剥離等を回避することができる。

保護膜１６の厚さは、適宜選択されるが、１００μｍ以下であることが放射性被膜１４の摩耗、損傷、剥離等を防止する点で好ましく、０.０５μｍ〜１.０μｍであることが、エネルギーの低いベータ線を透過し易く、かつ放射性被膜１４の保護が両立できる点から好ましい。

複合粒子１０の放射能は、放射性被膜１４に含まれる放射性核種の原子数とその崩壊定数との積によって決定される。１個の複合粒子が、例えば、⁶⁰Ｃｏの原子を２.４×１０⁹個含んでいる場合は、崩壊定数が４.２×１０^-9ｓ^-1であるので、放射能は２.４×１０⁹×４.２×１０^-9＝１０ベクレル（Ｂｑ）となる。なお、基材粒子１２にも放射性核種が含まれる場合は、放射性被膜１４と同様にして放射能が算出され、放射性被膜１４からの放射能に加算される。

例えば、放射性被膜１４にのみ放射性核種が含まれる場合で、放射性被膜１４が放射性核種とその元素の非放射性核種の金属から形成されているときは、放射性被膜１４の体積および密度（すなわち質量）と、質量数と、放射性核種の含有率とから、複合粒子１個当たりの放射能が決定される。基材粒子１２に放射性核種が含まれる場合も同様にして放射能が決定される。

したがって、基材粒子１２の粒径のばらつきが小さい場合、放射性被膜１４の厚さを均一であれば、放射能がほぼ同等になる。

また、複合粒子１０の平均粒径を容易に視認可能な大きさ、例えば、５０μｍ〜０.５ｍｍのうちから選択された平均粒径に設定することで、複合粒子１０の取扱いが容易になり、ゲルマニウム半導体検出器やＮａＩシンチレーションスペクトロメータ等の放射能（濃度）測定装置の校正用の線源として取り扱いが容易になる。

図２は、本発明の一実施形態に係る複合粒子の変形例の構成を示す断面図である。

図２を参照するに、本発明の一実施形態に係る変形例の複合粒子２０は、基材粒子１２と、その基材粒子１２を覆う放射性被膜１４とを有する。複合粒子２０は、図１に示す複合粒子１０の保護膜１６を省略したものであり、基材粒子１２および放射性被膜１４は、複合粒子１０と同様である。複合粒子２０は、例えば、所定数の複合粒子２０が容器に封入され、または、樹脂に埋め込まれ、放射性被膜１４の摩耗、損傷、剥離等が生じない場合、保護膜は省略することができる。変形例の複合粒子２０は、放射能（濃度）測定装置の校正用の線源として取り扱いが容易になることは言うまでもない。

図３は、本発明の一実施形態に係る複合粒子の他の変形例の構成を示す断面図である。

図３を参照するに、本発明の一実施形態に係る他の変形例の複合粒子３０は、基材粒子１２と、その基材粒子を覆う下地膜３３と、その下地膜３３上の放射性被膜１４と、その放射性被膜１４を覆う保護膜１６とを有する。複合粒子３０は、図１に示す複合粒子１０において基材粒子１２と放射性被膜１４との間に下地膜３３を設けたものである。

下地膜３３は、非放射性核種の元素からなる。下地膜３３は、単金属あるいは合金からなり、さらに、ホウ素（Ｂ）、炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）、ケイ素（Ｓｉ）、リン（Ｐ）の少なくとも一つを含んでもよい。

下地膜３３は、基材粒子１２の材料に応じて、基材粒子１２との接着性の良好な材料が選択される。また、下地膜３３は、放射性被膜１４と接着性の良好な材料を選択できる。これらにより、複合粒子３０の放射性被膜１４および保護膜１４の摩耗、損傷、剥離等をよりいっそう回避できる。

図４は、本発明の一実施形態に係る複合粒子のその他の変形例の構成を示す断面図である。

図４を参照するに、本発明の一実施形態に係るその他の変形例の複合粒子４０は、基材粒子１２と、その基材粒子１２を覆う下地膜３３と、その下地膜３３上の放射性被膜１４とを有する。複合粒子４０は、図３に示す複合粒子３０における保護膜１６を省略したものであり、基材粒子１２、下地膜３３および放射性被膜１４は、複合粒子３０と同様である。複合粒子４０は、例えば、所定数の複合粒子４０が容器に封入され、または、樹脂に埋め込まれ、放射性被膜１４の摩耗、損傷、剥離等が生じない場合、保護膜は省略することができる。複合粒子４０は、その放射性被膜１４の摩耗、損傷、剥離等をよりいっそう回避できる。

上述したように、本発明の実施形態に係る複合粒子１０、２０、３０、４０によれば、放射性物質を含む放射性被膜１４を有するので、放射性物質の分布および放射能を制御し、実試料を模擬できる標準線源を提供できる。さらに、複合粒子１０、２０、３０、４０を用いることで従来の点線源よりも小さい点線源を実現できる。

図５は、本発明の一実施形態に係る複合粒子の作製方法を示すフローチャートである。以下、図５を参照しつつ本発明の一実施形態に係る放射性粒子の作製方法を説明する。なお、先に示した図１〜図４も参照する。

最初に、基材粒子１２のメッキ前処理を行う（Ｓ１０２）。基材粒子１２のメッキ前処理では、基材粒子１２に触媒付与を行う。例えば、基材粒子１２の表面にスズイオン等を吸着させて感応化し、次いで、その表面のスズイオン等の作用により触媒、例えばパラジウムを表面に析出させる。

スズイオンを吸着させる際には、具体的には、例えば、塩化スズの塩酸溶液に数分間基材粒子１２を浸漬し、取出して水洗する。この浸漬の際、超音波振動をかけることが好ましい。基材粒子１２の分散性を向上して、均一にスズイオンを基材粒子の表面に吸着できる。

基材粒子表面のスズイオンの触媒であるパラジウムへの置換は、例えば、塩化パラジウムの塩酸溶液にスズイオンが吸着した基材粒子を数分間浸漬し、取出して水洗する。この浸漬の際、超音波振動をかけることが好ましい。

基材粒子１２がガラスあるいは樹脂製の場合は、触媒付与の前に、予めシランカップリング剤により基材粒子１２の表面処理を行ってもよい。この表面処理により、基材粒子１２と触媒との接着強度が向上し、放射性被膜１４の接着強度が向上する。

基材粒子１２は、粒径の揃ったものが好ましく、粒径分布の狭い粒子あるいは標準粒子として販売されているものを使用することが好ましい。あるいは、基材粒子１２をＳ１０２の前に分級してもよい。分級機は適宜選択されるが、例えば、湿式サイクロン式の分級機を用いることができる。

次いで、放射性核種イオンを含む無電解メッキ液を準備する（Ｓ１０４）。このＳ１０４は、Ｓ１０２と並行して行ってもよく、Ｓ１０２の前に行ってもよい。この無電解メッキ液は、放射性核種イオンを含む酸または金属塩と、非放射性核種の可溶性金属塩と、還元剤と、錯化剤を含み、さらにｐＨ調整剤や界面活性剤などの各種添加剤を含むことができる。

無電解メッキ液に含まれる放射性核種イオンを含む酸または金属塩は、具体的には、放射性核種イオンのキャリア溶液（以下、「放射性水溶液」と称する。）に含まれる。放射性水溶液は、放射性核種イオンと同じ元素の非放射性核種イオンを含む。放射性核種イオンは、上述した放射性核種から選択されたものであり、そのイオンである。

放射性水溶液は、例えば、放射性核種が⁶⁰Ｃｏの場合、非放射性核種である⁵⁹Ｃｏの塩化コバルト（II）（ＣｏＣｌ₂）の水溶液である。放射性水溶液は、例えば、公益社団法人日本アイソトープ協会から提供されている。この放射性水溶液で⁶⁰Ｃｏの場合、キャリア濃度は、水溶液（０.１Ｎ塩酸溶液）１グラム（ｇ）あたり塩化コバルト（II）の質量が０.０５ミリグラム（ｍｇ）であり、放射能濃度は、例えば１ＭＢｑ（ベクレル）のものが入手可能である。

無電解メッキ液に含まれる可溶性金属塩は、水溶液中で金属イオンを発生させる塩であれば特に限定されない。なお、可溶性金属塩は難溶性であっても使用できる。無電解コバルトメッキ液の場合は、例えば、酢酸コバルト、酸化コバルト、塩化コバルト、硝酸コバルト、硫酸コバルト、炭酸コバルト、スルファミン酸コバルト（II）四水和物を使用でき、これらのうち、単独でも、二種以上加えても使用できる。無電解ニッケルメッキ液の場合は、例えば、酢酸ニッケル、酸化ニッケル、塩化ニッケル、硝酸ニッケル、硫酸ニッケル、炭酸ニッケル、スルファミン酸ニッケル（II）四水和物を使用でき、これらのうち、単独でも、二種以上加えても使用できる。

無電解メッキ液に含まれる還元剤は、次亜リン酸およびその塩、亜リン酸およびその塩等を使用できる。

無電解メッキ液に含まれる錯化剤は、酢酸、乳酸、シュウ酸、酒石酸、クエン酸、リンゴ酸、チオグリコール酸、グリシン、アラニン、アスパラギン酸、グルタミン酸、アンモニアを使用できる。錯化剤はメッキ液中の金属イオンを安定な可溶性錯体に形成するものである。

さらに、無電解メッキ液のｐＨ調整剤は、塩酸、硫酸、酢酸、シュウ酸などの酸、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、アンモニア水、アミンなどの塩基を使用できる。

ここで、無電解メッキ液中の放射性核種イオンを含む酸または金属塩と、非放射性核種の可溶性金属塩との量の比率により、無電解メッキ液から形成される放射性被膜１４に含まれる放射能が決定されることになる。複合粒子１個当たりの放射能の設計値に応じて、無電解メッキ液中の放射性核種イオンを含む酸または金属塩と、非放射性核種の可溶性金属塩との量を決定する。

次いで、準備した無電解メッキ液を用いて触媒付与した基材粒子の無電解めっき処理を行う（Ｓ１０６）。この処理により放射性被膜１４が形成される。無電解メッキ液は、温度を例えば８０℃に設定し撹拌子による攪拌を行う。次いで、この無電解メッキ液の中にＳ１０２で触媒付与した基材粒子を浸漬する。基材粒子１２の表面に放射性核種を含む被膜が形成される。被膜の厚さは、浸漬時間によって調整できる。次いで、放射性のメッキ膜（放射性被膜１４）が形成された粒子を取出し、数回水洗して乾燥する。

次いで、放射性被膜１４が形成された粒子に保護膜１６を形成する（Ｓ１０８）。なお、複合粒子に保護膜１６を設けない場合は、この処理を省略できる。

保護膜１６の形成は、めっき法により形成する場合は、以下のようにして行う。最初に、上述したメッキ前処理（Ｓ１０２）と同様の処理により放射性被膜１４が形成された粒子に触媒を付与する。次いで、放射性核種イオンを含まない無電解メッキ液を準備する。これは、Ｓ１０４において放射性核種イオンを含む酸または金属塩を加えない点以外は同様して行う。次いで、この無電解メッキ液を用いてＳ１０６と同様にして無電解めっき処理を行う。これにより、非放射性の保護膜１６が形成される。

以上により、図１に示す複合粒子１０が形成される。

なお、変形例として、Ｓ１０２の前に下地膜を形成する処理を行い、図３に示すように、基材粒子１２と放射性被膜１４との間に下地膜３３を形成してもよい。下地膜３３の形成は、上述した保護膜１６の形成と同様に行う。

本発明の実施形態に係る複合粒子の作製方法によれば、均一な放射性核種を含むメッキ膜である放射性被膜１４が形成でき、ほぼ同一の放射能を有する複合粒子１０を確実に多数作製可能になる。

以下、本発明の一実施形態に係る放射性粒子の作製方法による複合粒子の作製例を以下に示す。基材粒子として粒径分布の狭い平均粒径１００μｍのアルミナ粒子を用い、放射性核種として⁶⁰Ｃｏを用いてＣｏメッキ膜（リン（Ｐ）を含む）の放射性被膜と、Ｎｉメッキ膜（リン（Ｐ）を含む）の保護膜を有する複合粒子を作製する。

最初に、アルミナ粒子のメッキ前処理を行う。アルミナ粒子１０ｇを塩化スズ浴（塩化スズ（ＳｎＣｌ₂）４０ｇ／Ｌ、塩酸［ＨＣｌ］１０ｍＬ／Ｌ）に浸漬し、超音波振動をかける。数分間浸漬後に塩化スズ浴からアルミナ粒子を取出し水洗する。次に、吸着したスズイオンをパラジウムイオンに置換させるために、塩化パラジウム浴（塩化パラジウム（ＰｄＣｌ₂）２ｇ／Ｌ、塩酸（ＨＣｌ）５ｍＬ／Ｌ）にアルミナ粒子を浸漬し、超音波振動をかける。数分浸漬後、塩化パラジウム浴からアルミナ粒子を取り出し、水洗する。これを必要に応じて数回繰り返す。

次に、放射性核種（⁶⁰Ｃｏ）のイオンを含む無電解メッキ液を準備する。無電解コバルトめっき液組成は、非放射性核種の⁵⁹Ｃｏの塩化コバルト（ＣｏＣｌ₂）０.１５ｍｏｌ／Ｌ、次亜リン酸ナトリウム（ＮａＰＨ₂Ｏ₂）０.１ｍｏｌ／Ｌ、クエン酸ナトリウム（Ｃ₆Ｈ₅Ｎａ₃Ｏ₇）０.４ｍｏｌ／Ｌを含む。このメッキ液１００ｍＬに公益社団法人日本アイソトープ協会から提供される⁶⁰Ｃｏの放射性水溶液（（０.１規定ＨＣｌ溶液）１ｇ当たり塩化コバルト（ＣｏＣｌ₂）０.０５ｍｇ含有、放射能濃度１ｇ当たり１ＭＢｑ（ベクレル））を１.８ｇ加える。無電解コバルトメッキ液のｐＨはアンモニア水にて１２に調整する。この無電解コバルトメッキ液には、放射性核種⁶⁰Ｃｏのイオンが４.３×１０¹⁴個、非放射性核種⁵⁹Ｃｏのイオンが９.０×１０²¹個含まれ、個数比は放射性核種⁶⁰Ｃｏイオン：非放射性核種⁵⁹Ｃｏのイオン＝１：２.１×１０⁷となる。

次いで、放射性核種を含むＣｏメッキ膜の放射性被膜を形成する。温度９５℃の上記無電解コバルトメッキ液を撹拌子により攪拌したメッキ浴にパラジウムを付与したアルミナ粒子を浸漬し、０.５μｍの膜厚のＣｏメッキ膜の放射性被膜を形成して取出し、数回水洗して乾燥する。Ｃｏメッキ膜の膜厚の制御は、例えば、浸漬時間により行い、事前の実験により求めればよい。その際、膜厚は例えば蛍光Ｘ線膜厚計により測定すればよい。

次いで、Ｃｏメッキ膜の放射性被膜を覆うＮｉメッキ膜の保護膜を形成する。まず、パラジウムを触媒として付与する。触媒の付与は、アルミナ粒子の前処理で述べた方法と同様の方法により行う。次いで、無電解ニッケルメッキ液（硫酸ニッケル（ＮｉＳＯ₄）０.１ｍｏｌ／Ｌ、次亜リン酸ナトリウム（ＮａＰＨ₂Ｏ₂）０.１５ｍｏｌ／Ｌ、硫酸アンモニウム（（ＮＨ₄）₂ＳＯ₄）０.５ｍｏｌ／Ｌ、クエン酸ナトリウム（Ｃ₆Ｈ₅Ｎａ₃Ｏ₇）０.１８ｍｏｌ／Ｌ）を準備し、温度を８０℃にして、撹拌子によって撹拌を行い、パラジウムを付与したＣｏメッキ膜の放射性被膜粒子を浸漬し、０.２μｍの膜厚のＮｉメッキ膜を形成し、取出して数回水洗して乾燥する。浸漬時間は事前の実験により求めればよい。

このようにして得られた複合粒子は、コバルト被膜の厚さが０.５μｍであるので、その体積は１.６×１０^-８ｃｍ³になる。コバルト被膜（Ｐ含有）の密度を８.５ｇ／ｃｍ³とすると、その質量は１.４×１０^-7ｇとなり、コバルト原子数は、６.２×１０^１４個となる。このうち、⁶⁰Ｃｏの存在比が１：２.１×１０⁷であるので、複合粒子１個あたりの⁶⁰Ｃｏの原子数は、３.０×１０⁷個となり、これは、０.１２Ｂｑに相当する。これにより、０.１２Ｂｑの放射能の複合粒子が得られる。

図６は、本発明の一実施形態に係る放射性ファントムの模式図である。

図６を参照するに、放射性ファントム１００は、魚のファントムであり、頭部１０２、筋肉部１０４、内蔵部１０６、骨部１０８および尾ひれ部１１０を有している。

放射性ファントム１００は、本発明の実施形態に係る複合粒子１０を含む樹脂により形成されている。なお、図６において、複合粒子１０はその一部だけを示しており、放射性ファントム１００の他の部分にも複合粒子１０が含まれているが図示を省略している。

放射性ファントム１００の部位の放射能は、放射能汚染された魚の放射能の分布に合わせて設定される。例えば、各部位の放射能の相対的な大きさを筋肉部１０４＞内蔵部１０６＞頭部１０２＞骨部１０８＝尾ひれ部１１０の関係になるように設定する。これは、例えば、各部位に含まれる複合粒子１０の数により設定できる。このようにすることで、放射性物質である複合粒子１０を使用することで、各部位の放射能を異ならせることが可能であり、測定対象の魚の放射性物質の分布と同様の分布を有する放射性ファントム１００を実現できる。なお、複合粒子１０の代わりに図２〜図４に示す複合粒子２０〜４０を用いることができ、また、複合粒子１０〜４０を二種以上用いてもよい。

図７は、本発明の一実施形態に係る放射性ファントムの作製方法を示すフローチャートである。

図７を図６とともに参照するに、最初に、放射性ファントムの各部位に使用する複合粒子と樹脂とを混合する。例えば、体積当たり所定の個数になるように混合する（Ｓ２１０）。熱溶解積層方式の３Ｄプリンタを使用して放射性ファントムを作製する場合は、熱可塑性樹脂、例えばアクリロニトリル・ブタジエン・スチレン（ＡＢＳ）樹脂と複合粒子１０を混合して撹拌する。混合比は各部位の放射能になるように、部位の体積に対して所定の数の複合粒子が含まれるように調製する。

インクジェット粉末積層方式の３Ｄプリンタを使用して放射性ファントムを作製する場合は、各部位の放射能に合わせて複合粒子の数を決定する。

次いで、３Ｄプリンタを用いて、放射性ファントム１０の各部位を形成する（Ｓ２２０）。

次いで、全ての部位を形成するまで、Ｓ２１０とＳ２２０を繰り返す。なお、最初に全ての部位の複合粒子１０を含む樹脂を調製しておき、次いで放射性ファントムの各部位をそれぞれ形成してもよい。なお、複合粒子１０の代わりに図２〜図４に示す複合粒子２０〜４０を用いることができ、また、複合粒子１０〜４０を二種以上用いてもよい。

これにより、各部位の樹脂に含まれる複合粒子の数によって、放射能の分布を有し、測定対象の魚の放射性物質の分布と同様の分布を有する放射性ファントム１００を容易に作製できる。

以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

なお、以上の説明に関してさらに以下の付記を開示する。
（付記１）基材粒子と、
前記基材粒子上の少なくとも一部に放射性物質を含む放射性被膜と、
を備える複合粒子。
（付記２）前記放射性被膜は、放射性核種とその元素の非放射性核種を含んでなる、付記１記載の複合粒子。
（付記３）前記放射性被膜を覆う保護膜をさらに備える付記１または２記載の複合粒子。
（付記４）前記基材粒子の平均粒径が２μｍ〜０.５ｍｍである、付記１〜３のうちいずれか一項記載の複合粒子。
（付記５）前記基材粒子が（（粒径の標準偏差）／平均粒径）×１００の値が３以下である、付記１〜４のうちいずれか一項記載の複合粒子。
（付記６）前記基材粒子が、アルミナ、シリカ、ガラスからなる群から選択された一つの材料からなる、付記１〜５のうちいずれか一項記載の複合粒子。
（付記７）前記基材粒子が、非放射性核種の金属からなる、付記１〜５のうちいずれか一項記載の複合粒子。
（付記８）前記基材粒子が樹脂からなる、付記１〜５のうちいずれか一項記載の複合粒子。
（付記９）前記放射性被膜は、膜厚が０.１μｍ〜１μｍである、付記１〜８のうちいずれか一項記載の複合粒子。
（付記１０）基材粒子を、放射性核種イオンとその元素の非放射性核種イオンを含むメッキ液に浸漬して、該基材に放射性核種を含むメッキ膜を形成するステップを含む、複合粒子の作製方法。
（付記１１）前記メッキ膜を形成するステップの前に、
前記放射性核種イオンを含む溶液を、該放射性核種イオンと同じ元素の非放射性核種イオンの酸または金属塩の溶液に加えて前記メッキ液を準備するステップをさらに含む、付記１０記載の作製方法。
（付記１２）前記メッキ膜を形成するステップにおいて、無電解めっき法により該メッキ膜を形成する、付記１０または１１記載の作製方法。
（付記１３）前記メッキ膜上に他のメッキ膜を形成するステップをさらに含み、
前記他のメッキ膜が放射性物質を含まない、付記１０〜１２のうちいずれか一項記載の作製方法。
（付記１４）付記１〜８のうちいずれか一項記載の複合粒子を有する放射性ファントム。
（付記１５）当該放射性ファントムが、放射性濃度測定の対象物の形状を有し、該対象物の構成部分に応じて前記複合粒子の数密度が互いに異なる、付記１４記載の放射性ファントム。
（付記１６）放射性ファントムの作製方法であって、
付記１０〜付記１２のいずれか一項の作製方法で作製した複合粒子と樹脂とを混合するステップと、
当該放射性ファントムの各部位を形成するステップと、
を含む、前記作製方法。
（付記１７）混合するステップは、前記複合粒子は、当該放射性ファントムの各部位に応じて数密度が決定される、付記１６記載の作製方法。

１０、２０、３０、４０複合粒子
１２基材粒子
１４放射性被膜
１６保護膜
３３下地膜
１００放射性ファントム

Claims

（（粒径の標準偏差）／平均粒径）×１００の値が３以下である基材粒子と、
前記基材粒子上の少なくとも一部に放射性物質を含む放射性被膜と、
を備える複合粒子。
前記放射性被膜は、放射性核種とその元素の非放射性核種を含んでなる、請求項１記載の複合粒子。
前記放射性被膜を覆う保護膜をさらに備える請求項１または２記載の複合粒子。
前記基材粒子の平均粒径が２μｍ〜０.５ｍｍである、請求項１〜３のうちいずれか一項記載の複合粒子。
前記基材粒子が、アルミナ、シリカ、ガラスからなる群から選択された一つの材料からなる、請求項１〜４のうちいずれか一項記載の複合粒子。
前記放射性被膜は、膜厚が０.１μｍ〜１μｍである、請求項１〜５のうちいずれか一項記載の複合粒子。
（（粒径の標準偏差）／平均粒径）×１００の値が３以下である基材粒子を、放射性核種イオンとその元素の非放射性核種イオンを含むメッキ液に浸漬して、該基材粒子上に放射性核種を含むメッキ膜を形成するステップを含む、複合粒子の作製方法。
前記メッキ膜を形成するステップの前に、
前記放射性核種イオンを含む溶液を、該放射性核種イオンと同じ元素の非放射性核種イオンの酸または金属塩の溶液に加えて前記メッキ液を準備するステップをさらに含む、請求項７記載の作製方法。
前記メッキ膜を形成するステップにおいて、無電解めっき法により該メッキ膜を形成する、請求項７または８記載の作製方法。
前記メッキ膜上に他のメッキ膜を形成するステップをさらに含み、
前記他のメッキ膜が放射性物質を含まない、請求項７〜９のうちいずれか一項記載の作製方法。
基材粒子と、前記基材粒子上の少なくとも一部に放射性物質を含む放射性被膜と、を有する複合粒子を含む放射性ファントム。
前記複合粒子の放射性被膜は、放射性核種とその元素の非放射性核種を含んでなる、請求項１１記載の放射性ファントム。
前記複合粒子は、前記放射性被膜を覆う保護膜をさらに備える、請求項１１または１２記載の放射性ファントム。
前記基材粒子の平均粒径が２μｍ〜０.５ｍｍである、請求項１１〜１３のうちいずれか一項記載の放射性ファントム。
前記基材粒子が、アルミナ、シリカ、ガラスからなる群から選択された一つの材料からなる、請求項１１〜１４のうちいずれか一項記載の放射性ファントム。
前記複合粒子の放射性被膜は、膜厚が０.１μｍ〜１μｍである、請求項１１〜１５のうちいずれか一項記載の放射性ファントム。
当該放射性ファントムが、放射性濃度測定の対象物の形状を有し、該対象物の構成部分に応じて前記複合粒子の数密度が互いに異なる、請求項１１〜１６のうちいずれか一項記載の放射性ファントム。
請求項１１〜１７のいずれか一項記載の放射性ファントムの作製方法であって、
前記複合粒子と樹脂とを混合するステップと、
当該放射性ファントムの各部位を形成するステップと、
を含む、前記作製方法。