JP7109772B2 - 陽子生成装置、放射性同位体生成装置、陽子の生成方法及び放射性同位体の生成方法 - Google Patents

Description

本発明の一態様は、陽子生成装置及び陽子の生成方法に関する。特に、^３Ｈｅと重陽子（Ｄｅｕｔｅｒｏｎ：Ｄ）を核融合反応させて、^４Ｈｅと陽子（Ｐｒｏｔｏｎ：ｐ）を生成する装置及び方法に関する。また、本発明の一態様は、放射性同位体生成装置及び放射性同位体の生成方法に関する。特に、当該核融合反応によって生成した陽子を利用して、放射性同位体（Ｒａｄｉｏｉｓｏｔｏｐｅ：ＲＩ）を生成する装置及び方法に関する。

放射性同位体（ＲＩ）は、医療分野において利用されている。例えば、陽電子放出断層撮影（Ｐｏｓｉｔｒｏｎ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ：ＰＥＴ）検査においては、ブドウ糖の置換基を放射性同位体に置換した物質（例えば、^１８Ｆ－フルオロデオキシグルコース（Ｆｌｕｏｒｏ－ｄｅｏｘｙ－ｇｌｕｃｏｓｅ：ＦＤＧ））を被検者に静脈注射する。被検者に投与された当該物質は、ブドウ糖代謝が活発な癌細胞に取り込まれる。そして、当該放射性同位体から放射される陽電子は、電子と対消滅してγ線に変換される。そのため、被検者から放出されるγ線を撮影することによって、癌細胞の早期発見が可能となる。

放射性同位体は、一般にサイクロトロン等を用いて生成される。サイクロトロンとは、端的にいえば、磁場によって荷電粒子を円運動させると共に電場（代表的には、数～数百ＭＨｚの交流電場）によって当該荷電粒子を加速させる加速器であり、加速された荷電粒子をターゲットに照射することによって、放射性同位体を生成することが可能である。

ただし、医療分野で用いられる放射性同位体は、その半減期が短い物質が多い。そのため、放射性同位体の輸送時間を十分に確保することは困難である。それ故、放射性同位体を有効活用するためには、それが利用される地点と同一又は近接した地点で放射性同位体を生成することが必要になる。例えば、上述の陽電子放出断層撮影検査であれば、病院において放射性同位体を生成し、それを含む物質を被検者へ投与することが理想的である。しかしながら、大型且つ精密な装置であるサイクロトロンは導入コスト及び維持コストが膨大にかかるため、特定の病院にそれを設置することは事実上不可能である。

サイクロトロンを用いずに放射性同位体を生成する装置も提案されている。例えば、特許文献１においては、以下の順序で放射性同位体を生成する装置が開示されている。

まず、所定強度のレーザ光を重陽子放出ターゲットに照射することによって重陽子（Ｄ）を生成する。次いで、^３Ｈｅ及び放射性同位体を生成するための原料物質を含む同位体生成ターゲットに当該重陽子を照射する。これにより、重陽子と^３Ｈｅが核融合反応し、^４Ｈｅと陽子（ｐ）が生成される。さらに、生成された陽子と当該原料物質が核融合反応することによって所望の放射性同位体が生成される。

特許文献１に記載の装置においては、サイクロトロンを利用する場合と比較して安価に放射性同位体を提供することが可能である。

特開２００６－２２６７９０号公報

しかしながら、特許文献１に記載の装置においては、重陽子を生成するほどの高エネルギーを備えるレーザ光が重陽子放出ターゲットに照射されている。この場合、当該重陽子放出ターゲットから、重陽子のみならず、中性子が多量に放出されるおそれがある。中性子は電荷をもたないため、放出された中性子の挙動を電場によって制御することはできない。そのため、特許文献１に記載の装置においては、中性子の拡散を防止するために、その周りを水又はコンクリートで囲むなどの処置が必要となる。それ故、特許文献１に記載の装置においては、中性子の拡散を防止するための機構を別途設けざるをえず、全体として大型の装置にならざるをえない。

上述した課題に鑑み、本発明の一態様は、サイクロトロン等を利用する場合と比較して安価な導入コスト及び維持コストで、且つ、多量の中性子を生成することなく陽子を供給すること、及び、当該陽子を用いて放射性同位体を供給することを目的の一とする。

本発明の一態様は、重水素を含む陽子生成用ターゲットに対して、比較的低エネルギーの^３Ｈｅイオンを照射することで、^４Ｈｅ及び放射性同位体の生成に利用される陽子を生成することを要旨とする。

例えば、本発明の一態様は、密閉された内部を負圧環境に維持する筐体と、プラズマの発生に伴って生成される^３Ｈｅイオンを直流電場によって加速させ、筐体内に照射するヘリウムイオン源と、筐体内に配置され、且つ、^３Ｈｅイオンが照射されることで、^４Ｈｅ及び陽子を生成する陽子生成用ターゲットと、を含む陽子生成装置である。

また、密閉された内部を負圧環境に維持する筐体と、筐体内に、プラズマの発生に伴って生成される^３Ｈｅイオンを直流電場によって加速させ、筐体内に照射するヘリウムイオン源と、筐体内に配置され、且つ、^３Ｈｅイオンが照射されることで、^４Ｈｅ及び陽子を生成する陽子生成用ターゲットと、筐体外であって、筐体を介して陽子生成用ターゲットと対向する位置に配置され、且つ、放射性同位体の原料物質を含む放射性同位体生成用ターゲットと、を含む、放射性同位体生成装置も本発明の一態様である。

また、重水素を含む陽子生成用ターゲットを、密閉された内部を負圧環境に維持する筐体内に配置し、プラズマの発生に伴って生成される^３Ｈｅイオンを直流電場によって加速し、陽子生成用ターゲットに対して、加速された^３Ｈｅイオンを照射して、^４Ｈｅ及び陽子を生成する、陽子の生成方法も本発明の一態様である。

また、陽子生成用ターゲットを、密閉された内部を負圧環境に維持する筐体内に配置し、陽子生成用ターゲットに重陽子を注入し、プラズマの発生に伴って生成される^３Ｈｅイオンを直流電場によって加速し、陽子生成用ターゲットに対して、加速された^３Ｈｅイオンを照射して、^４Ｈｅ及び陽子を生成する、陽子の生成方法も本発明の一態様である。

また、上記の方法によって生成された陽子を、筐体外であって、筐体を介して陽子生成用ターゲットと対向する位置に配置され、且つ、原料物質を含む放射性同位体生成用ターゲットに放射することによって放射性同位体を生成する、放射性同位体の生成方法も本発明の一態様である。

本発明の一態様においては、重水素と核融合反応するのに必要十分なエネルギーを備える^３Ｈｅイオンを、重水素を含む陽子生成用ターゲットに照射する。この場合、サイクロトロンのような大型且つ精密な装置は不要であり、また、陽子の生成に伴って多量の中性子が生成されることもない。その結果、本発明の一態様においては、放射性同位体の生成に利用される陽子を簡便に供給することが可能であり、また、当該陽子を利用して簡便に放射性同位体を供給することが可能である。

本発明の一態様の陽子生成装置の概念的構成を示す概念図。 本発明の一態様の陽子生成装置の別の概念的構成を示す概念図。 本発明の一態様の放射性同位体生成装置の概念的構成を示す概念図。 図１に示される陽子生成装置の具体的構成の一例を示す図。 図４に示される陽子生成装置の一部拡大図。 図２に示される陽子生成装置の具体例構成の一例を示す図。 図１に示される陽子生成装置の別の具体例構成の一例を示す図。 図３に示される放射性同位体生成装置の具体例構成の一例を示す図。

以下、添付図面を参照して本発明の様々な実施形態を説明する。なお、図面において共通した構成要件には同一の参照符号が付されている。また、或る図面に表現された構成要素が、説明の便宜上、別の図面においては省略されていることがある点に留意されたい。さらにまた、添付した図面が必ずしも正確な縮尺で記載されている訳ではないということに注意されたい。

１ 陽子生成装置の概念的構成
図１は、本発明の一態様の陽子生成装置の概念的構成を示す概念図である。図１に示される陽子生成装置１００は、^３Ｈｅイオン（^３Ｈｅ^＋）を照射するヘリウムイオン源１と、当該^３Ｈｅイオンが照射されることで、^４Ｈｅ及び陽子（ｐ）を生成する陽子生成用ターゲット２とを含む。なお、図１に示される陽子生成用ターゲット２においては、重陽子と^３Ｈｅが核融合反応し、^４Ｈｅと陽子が生成される。この場合、陽子の生成に伴って、中性子が生成されることはない。

なお、陽子生成用ターゲット２に対する^３Ｈｅイオンの照射は、密閉された内部を負圧環境に維持する筐体３内で行われる。例えば、^３Ｈｅイオンが照射される空間の内圧を１０^－１ｐａ～１０^－５ｐａとすることが好ましい。これにより、^３Ｈｅイオンが当該空間に存在する気体元素と相互作用する蓋然性を低減し、効率的に^３Ｈｅイオンを陽子生成用ターゲット２に照射することが可能となる。

また、ヘリウムイオン源１は、プラズマの発生に伴って^３Ｈｅイオンを生成するとともに、生成された^３Ｈｅイオンを直流電場によって加速させる。そして、ヘリウムイオン源１は、陽子生成用ターゲット２に^３Ｈｅイオンが照射されるように、加速された^３Ｈｅイオンを筐体３内に照射する。なお、陽子生成用ターゲット２に照射される^３Ｈｅイオンの運動エネルギーは、１００ｋｅＶ～３００ｋｅＶであることが好ましい。具体的には、上記の核融合反応の発生効率を向上させるためには、照射される^３Ｈｅイオンの運動エネルギーが１００ｋｅＶ以上であることが好ましい。他方、照射される^３Ｈｅイオンのエネルギーが高くなりすぎると、大型且つ高価なヘリウムイオン源を用意する必要があるため、照射される^３Ｈｅイオンの運動エネルギーを３００ｋｅＶ以下とすることが好ましい。

図１に示される陽子生成装置１００においては、以下の順序で陽子を生成することが可能である。まず、重水素を含む陽子生成用ターゲット２を、密閉された内部を負圧環境に維持する筐体３内に配置する。次いで、プラズマの発生に伴って生成される^３Ｈｅイオンを直流電場によって加速する。最後に、当該陽子生成用ターゲット２に対して、加速された^３Ｈｅイオンを照射して、^４Ｈｅ及び陽子を生成する。なお、生成された陽子は、１４．６７ＭｅＶのエネルギーを備え、また、陽子生成用ターゲット２から放射状に放出される。

この場合、上述の通り、陽子の生成に伴って多量の中性子が生成されることはない。また、サイクロトロンのような大型且つ精密な装置は不要である。よって、図１に示される陽子生成装置においては、放射性同位体の生成に利用される陽子を簡便に供給することが可能である。

図１に示されるヘリウムイオン源１としては、プラズマの発生に伴って^３Ｈｅイオンを生成すること及び生成された^３Ｈｅイオンを加速して照射することが可能な機器であればいかなる機器を用いても良い。例えば、マルチカスプイオン源、デュオプラズマトロンイオン源又は電子サイクロトロン共鳴（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ：ＥＣＲ）イオン源等をヘリウムイオン源１として適用することが可能である。

図１に示される陽子生成用ターゲット２としては、^３Ｈｅイオンが照射されることによって^４Ｈｅ及び陽子を生成することが可能なターゲットであれば、いかなるターゲットを用いても良い。例えば、固体重水素、重水素ポリエチレン又は重水素が注入された金属ターゲット等を陽子生成用ターゲット２として適用してもよい。なお、陽子生成装置１００の具体的構成については後述する。

２ 陽子生成装置の別の概念的構成
図２は、本発明の一態様の陽子生成装置の別の概念的構成を示す概念図である。端的には、図２に示される陽子生成装置１００’は、図１に示される陽子生成装置１００の構成要素に加えて、陽子生成用ターゲット２’に重陽子を照射する重陽子源４を含む。

陽子生成用ターゲット２’としては、Ｔｉ合金等の水素吸蔵合金を適用することが可能である。また、図２に示される重陽子源４としては、プラズマの発生に伴って重陽子を生成すること及び生成された重陽子を加速して照射することが可能な機器であればいかなる機器を用いても良い。また、重陽子源４から照射される重陽子（Ｄ）の運動エネルギーは、１ｋｅＶ～５ｋｅＶであることが好ましい。仮に、重陽子の運動エネルギーが５ｋｅＶを超えると、重陽子同士の核反応（Ｄ＋Ｄ→ｎ＋^３Ｈｅ）の反応率が無視できなくなりはじめ、中性子（Ｎｅｕｔｒｏｎ：ｎ）が生成される蓋然性が高くなるからである。また、重陽子源４としては、例えば、デュオプラズマトロンイオン源等を適用してもよい。

図２に示される陽子生成装置１００’においては、図１に示される陽子生成装置１００と同様に、放射性同位体の生成に利用される陽子を簡便に供給することが可能である。具体的には、図２に示される陽子生成装置１００’においては、以下の順序で、１４．６７ＭｅＶのエネルギーを備える陽子を生成することが可能である。

まず、陽子生成用ターゲット２’を、密閉された内部を負圧環境に維持する筐体３内に置く。次いで、陽子生成用ターゲット２’に重陽子（Ｄ）を注入する。次いで、プラズマの発生に伴って生成される^３Ｈｅイオンを直流電場によって加速する。最後に、陽子生成用ターゲット２’に対して、加速された^３Ｈｅイオンを照射して、^４Ｈｅ及び陽子を生成する。

図２に示される陽子生成装置１００’は、図１に示される陽子生成装置１００と比較して、メンテナンスの負担が軽減できる点で好ましい。具体的には、図２に示される陽子生成装置１００’においては、陽子生成用ターゲット２’に重水素を適宜注入することができるため、陽子生成用ターゲット２’を取り換えることなく継続して使用することが可能である。また、図２に示される陽子生成装置１００’においては、固体重水素及び重水素ポリエチレン等の物質に対して^３Ｈｅイオンが照射されないため、陽子の生成に伴う陽子生成用ターゲット２’の加熱を抑制することが可能である。他方、図１に示される陽子生成装置１００は、重陽子源４を備えないため、図２に示される陽子生成装置１００’と比較して安価である点で好ましい。

３ 放射性同位体生成装置の概念的構成
図３は、本発明の一態様の放射性同位体生成装置の概念的構成を示す概念図である。端的には、図３に示される放射性同位体生成装置２００は、図１に示される陽子生成装置１００の構成要素に加えて、放射性同位体の原料物質（Ｍ）を含む放射性同位体生成用ターゲット５を含む。なお、放射性同位体生成用ターゲット５は、筐体３外であって、筐体３を介して陽子生成用ターゲット２と対向する位置に配置される。すなわち、放射性同位体生成用ターゲット５は、陽子生成用ターゲット２の^３Ｈｅイオンが照射される面の裏面側に位置し、また、^３Ｈｅイオンが照射される負圧環境とは異なる環境に置かれる。例えば、放射性同位体生成用ターゲット５は、大気圧環境に置かれてもよい。

なお、本発明の一態様の放射性同位体生成装置においては、放射性同位体の生成に伴って中性子（ｎ）も生成されるが、陽子を生成する段階における中性子の発生が防止されているため、その生成量を最小限に抑えることが可能である。

当該原料物質としては、陽子と核融合反応し、放射性同位体（ＲＩ）を生成するターゲットであれば、いかなる物質を用いても良い。例えば、^１８Ｏ又は^６４Ｎｉ等を含む物質を原料物質として適用してもよい。なお、^１８Ｏ又は^６４Ｎｉを含む物質を原料物質として用いる場合には、^１８Ｆ又は^６４Ｃｕが放射性同位体として得られる。

図３に示される放射性同位体生成装置２００においては、上述の方法によって放出された陽子が放射性同位体生成用ターゲット５に供給されることによって放射性同位体を生成する。これにより、図３に示される放射性同位体生成装置２００においては、放射性同位体を簡便に供給することが可能である。

なお、図示してはいないが、本発明の一態様の放射性同位体生成装置として、図２に示される陽子生成装置１００’の構成要素と、放射性同位体生成用ターゲット５とを含む放射性同位体生成装置を適用することも可能である。この場合も、図３に示される放射性同位体生成装置と同様に、放射性同位体を簡便に供給することが可能である。

４ 陽子生成装置の具体的構成
図４は、本発明の一態様の陽子生成装置の具体的構成の一例を示す図であり、また、図５は、図４の一部拡大図である。端的には、図４に示される陽子生成装置３００は、図１に示される陽子生成装置１００の具体的構成を示す図である。図４に示される陽子生成装置３００は、ヘリウムイオン源１と、陽子生成用ターゲット２と、筐体３とを含む。さらに、筐体３は、枠部３１と、陽子生成用ターゲット２を支持する支持部３２と、枠部３１及び支持部３２を分離可能に接続する接続部３３とを含む。なお、接続部３３は、ボルト、ナット及びネジなどの機械的接続部材によって枠部３１及び／又は支持部３２に接続されてもよい。また、接続部３３は、枠部３１との接続界面３３１に配置されるＯリングを含んでいてもよい。そして、筐体３の内部は、開口３１２を介して筐体３の外側に配置されている真空ポンプ６に連通されている。

なお、ヘリウムイオン源１は、枠部３１に設けられる開口３１１及び３１２を通過する（すなわち、図４の紙面上の右方向に向かって）^３Ｈｅイオンを照射するイオン源である。また、ヘリウムイオン源１は、開口３１１の周囲に存在する枠部３１の側壁と連結されている。また、ヘリウムイオン源１は、有線通信又は無線通信を介して、図示しないコントローラによって動作が制御されてもよい。また、ヘリウムイオン源１は、タッチパネル等の入力装置を内蔵し、当該入力装置に入力される信号に基づいて動作が制御されてもよい。

また、筐体３の枠部３１は、内部に空洞を備える概略直方体形状の構造物である。そして、枠部３１の内部が陽子生成用ターゲット２に^３Ｈｅイオンを照射するための空間として利用される。そのため、枠部３１は、ヘリウムイオン源１から照射される^３Ｈｅイオンを内部に導入するための開口３１１と、ヘリウムイオン源１から照射される^３Ｈｅイオンを陽子生成用ターゲット２に供給するための開口３１２と、真空ポンプ６によって筐体３の内部を排気する際に排気経路となる開口３１３とを含む。なお、枠部３１の開口３１１及び３１２の大きさ及び形状は、ヘリウムイオン源１から陽子生成用ターゲット２へ^３Ｈｅイオンを照射することが可能な大きさ及び形状であれば、どのような大きさ及び形状であってもよい。例えば、開口３１１の幅ｗ１を開口３１２の幅ｗ２よりも狭くし、且つ、開口３１２の幅ｗ２を陽子生成用ターゲット２の幅ｗ３よりも狭くしてもよい。

また、接続部３３側の枠部３１は、上端から下に延在する上方側壁３３１ａと、下端から上に延在する下方側壁３３１ｂとを含む。これにより、^３Ｈｅイオンの供給経路を確保するとともに、陽子生成用ターゲット２から放射状に放出される陽子がヘリウムイオン源１及び真空ポンプ６に到達する蓋然性を低減することが可能である。

また、筐体３の支持部３２は、陽子生成用ターゲット２が配置される凹部３２１を含む構造物である。なお、陽子生成用ターゲット２から放出される１４．６７ＭｅＶの陽子は、一般に、陽子生成用ターゲット２を構成する材料（例えば、Ｔｉ）及び／又は筐体３を構成する材料（例えば、Ａｌ）を０．１ｍｍ程度の厚さ透過するとき、その運動エネルギーが１ＭｅＶ程度失われる。また、陽子の運動エネルギーの減少に伴い、当該陽子が陽子生成用ターゲット２及び／又は筐体３を同じ厚さだけ通過するときに損失する運動エネルギーが増加する。すなわち、仮に筐体３の凹部３２１の底３２２の厚さが１．５ｍｍ以上であれば、生成された時点で１４．６７ＭｅＶの運動エネルギーを備える陽子を筐体３の外部に取り出すことが困難になる。そのため、図５に示される陽子生成用ターゲット２の厚さｔ１及び支持部３２の凹部３２１の底３２２の厚さｔ２の合計を０．２ｍｍ以下とすることが好ましい。また、凹部３２１の周囲の支持部３２の厚さｔ３を１．５ｍｍ以上とすることが好ましい。これにより、陽子生成用ターゲット２から放出される陽子を凹部３２１の底３２２から筐体３の外側に供給するとともに、厚さｔ３と同程度の厚さを備える支持部３２の領域において、陽子が当該負圧環境外に放出されることを防止することが可能である。

そして、支持部３２は、当該凹部３２１に陽子生成用ターゲット２が戴置された状態で、接続部３３を介して、枠部３１に接続される。例えば、支持部３２は、図示しない係止突起を凹部３２１に備え、当該係止突起によって陽子生成用ターゲット２を係止することで陽子生成用ターゲット２を凹部３２１に戴置してもよい。

また、支持部３２は、陽子生成用ターゲット２を冷却するための冷却構造を備えてもよい。例えば、冷却水が循環可能なパイプを支持部３２の表面又は内部に設ければよい。これにより、^３Ｈｅイオンが照射されることにより加熱された陽子生成用ターゲット２を冷却することが可能である。

また、支持部３２は、接続部３３を分離状態（例えば、接続部がボルト、ナット及びネジなどの機械的接続部材によって枠部３１及び／又は支持部３２に接続されている場合には、当該機械的接続部材を取り外した状態）にすることによって本体部３１から分離可能である。そのため、図４に示される陽子生成装置３００においては、陽子生成用ターゲット２のみ、又は、陽子生成用ターゲット２及び支持部３２を適宜取り替えることが可能である。これにより、必要となる陽子の量に応じて陽子生成用ターゲット２の種類を変更すること、及び、長期にわたる^３Ｈｅイオンの照射によって劣化した陽子生成用ターゲット２を交換すること等が可能である

また、真空ポンプ６は、枠部３１に設けられる開口３１３の近傍で枠部３１と連結し、開口３１３を介して筐体３の内部空間に存在する気体を排気可能なポンプである。また、真空ポンプ６は、有線通信又は無線通信を介して、図示しないコントローラによって動作が制御されてもよい。また、真空ポンプ６は、タッチパネル等の入力装置を内蔵し、当該入力装置に入力される信号に基づいて動作が制御されてもよい。

真空ポンプ６としては、^３Ｈｅイオンが照射される空間を負圧環境（例えば、１０^－１ｐａ～１０^－５ｐａ）にすることが可能な機器であればいかなる機器を用いても良い。例えば、ターボ分子ポンプ等を真空ポンプ６として適用することが可能である。

枠部３１の材料としては、当該負圧環境を維持できる材料であれば、いかなる材料を用いてもよい。もっとも、図４に示される陽子生成装置３００においては、陽子生成用ターゲット２から陽子が放射状に放出されることになるため、枠部３１にも陽子が照射される可能性がある。そのため、放射化されにくい材料を枠部３１の材料として適用することが好ましい。例えば、枠部３１の材料として、Ａｌ又はＡｌ合金を適用することが好ましい。

支持部３２の材料としては、枠部３１の材料と同様に、放射化されにくい材料を適用することが好ましく、例えば、Ａｌ又はＡｌ合金を適用することが好ましい。さらに、陽子生成用ターゲット２の放熱を効率的に行うため、支持部３２の材料としては、熱伝導率が高い材料を適用することが好ましい。例えば、支持部３２の材料としては、本体部３１の材料と比較して熱伝導率が高い材料を適用することも好ましい。

接続部３３は、絶縁体を含んで構成されることが好ましい。これにより、本体部３１と支持部３２を電気的及び熱的に分離することが可能である。

５ 陽子生成装置の具体的構成
図６は、本発明の一態様の陽子生成装置の具体的構成の一例を示す図である。端的には、図６に示される陽子生成装置３００’は、図２に示される陽子生成装置１００’の具体的構成の一例を示す図である。すなわち、図６に示される陽子生成装置３００’は、図４に示される陽子生成装置３００の構成要素に加えて、陽子生成用ターゲット２’に重陽子を照射する重陽子源４を含む。ただし、図６に示される陽子生成装置３００’の筐体３’においては、重陽子源４から陽子生成用ターゲット２’への重陽子の照射経路を確保するため、枠部３１’の側壁（図６に示される枠部３１’の右側の側壁）に設けられている開口３１２’が、図４に示される陽子生成装置３００の枠部３１に設けられている開口３１２よりも大きくなっている。

なお、重陽子源４は、枠部３１に設けられる開口３１４及び３１２’を通過する（すなわち、図６の紙面上の右下方向に向かって）重陽子を照射するイオン源である。また、図６に示される陽子生成装置３００’の構成要素の詳細については、上述の説明を援用する。

図７も本発明の一態様の陽子生成装置の具体的構成の一例を示す図である。端的には、図７に示される陽子生成装置３００’’においては、筐体３’’の枠部３１’’が、側壁に設けられている開口３１２を開閉するシャッタ３１５ａ及び３１５ｂを含む。換言すると、図７に示される陽子生成装置の枠部３１’’は、ヘリウムイオン源１から陽子生成用ターゲット２への^３Ｈｅイオンの照射経路を開閉するシャッタ３１５ａ及び３１５ｂを含む。図７に示される陽子生成装置３００’’においては、シャッタ３１５ａ及び３１５ｂを閉める（図７に示されるシャッタ３１５ａを下に移動させ、且つ、シャッタ３１５ｂを上に移動させる）ことで、枠部３１’’の内部空間と、枠部３１’’の外壁の部分３３２ａ’及び３２２ｂ’並びにシャッタ３１５ａ及び３１５ｂ、支持部３２及び接続部３３によって囲まれる空間とが分離されることになる。これにより、図７に示される陽子生成装置３００’’においては、ヘリウムイオン源１から陽子生成用ターゲット２への^３Ｈｅイオンの照射後にシャッタ３１５ａ及び３１５ｂを閉めることで、陽子生成用ターゲット２から放射状に放出される陽子がヘリウムイオン源１及び真空ポンプ６に到達する蓋然性をさらに低減することが可能である。

また、シャッタ３１５ａ及び３１５ｂは、有線通信又は無線通信を介して、図示しないコントローラによって動作が制御されてもよい。また、シャッタ３１５ａ及び３１５ｂは、枠部３’’に内蔵されたタッチパネル等の入力装置に入力される信号に基づいて動作が制御されてもよい。

図示してはいないが、図６に示される陽子生成装置３００’の枠部３１’に開口３１２を開閉するシャッタが追加された陽子生成装置も本発明の一態様である。なお、当該シャッタとして、ヘリウムイオン源１から陽子生成用ターゲット２への^３Ｈｅイオンの供給経路と、重陽子源４から陽子生成用ターゲット２への重陽子の供給経路との双方を閉じる共通のシャッタを設けてもよいし、また、双方を閉じるシャッタを別個に設けてもよい（すなわち、前者の供給経路を開閉する第１のシャッタと、後者の供給経路を開閉する第２のシャッタとを別個に設けてもよい）。

６ 放射性同位体生成装置の具体的構成
図８は、図３に示される放射性同位体生成装置の具体的構成の一例を示す図である。端的には、図８に示される放射性同位体生成装置は、図６に示される陽子生成装置に加えて、放射性同位体生成用ターゲット５を含む。なお、放射性同位体生成用ターゲット５は、筐体３外であって、筐体３を介して陽子生成用ターゲット２と対向する位置に配置される。すなわち、放射性同位体生成用ターゲット５は、陽子生成用ターゲット２の^３Ｈｅイオンが照射される面の裏面側に位置し、また、^３Ｈｅイオンが照射される負圧環境とは異なる環境に置かれる。例えば、放射性同位体生成用ターゲット５は、大気圧環境に置かれてもよい。

図示してはいないが、図６又は７に示される陽子生成装置に加えて、放射性同位体生成用ターゲット５を含む放射性同位体生成装置も本発明の一態様である。

以上、前述の通り、様々な実施形態を例示したが、上記実施形態はあくまで一例であって、発明の技術的範囲を限定することは意図していない。上記実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置換、変更を行うことができる。また、各構成や、形状、大きさ、長さ、幅、厚さ、高さ、数等は適宜変更して実施することができる。

１：ヘリウムイオン源、２，２’：陽子生成用ターゲット、３，３’，３’’：筐体、４：重陽子源、５：放射性同位体生成用ターゲット、６：真空ポンプ、３１，３１’，３１’’：枠部、３２：支持部、３３：接続部、１００，１００’：陽子生成装置、２００：放射性同位体生成装置、３００，３００’，３００’’：陽子生成装置、３１１～３１４，３１２’：開口、３１５ａ，３１５ｂ：シャッタ、３２１：凹部、３２２：底、３３１ａ：上方側壁、３３１ｂ：下方側壁、４００：放射性同位体生成装置

Claims (8)

1. 密閉された内部を負圧環境に維持する筐体と、
   プラズマの発生に伴って生成される^３Ｈｅイオンを直流電場によって加速させ、前記筐体内に照射するヘリウムイオン源と、
   前記筐体内に配置され、且つ、前記^３Ｈｅイオンが照射されることで、^４Ｈｅ及び陽子を生成する陽子生成用ターゲットと、
   前記陽子生成用ターゲットに重陽子を照射する重陽子源と、を含む陽子生成装置。
2. 前記筐体は、
   開口を有する枠部と、
   前記陽子生成用ターゲットを支持する支持部と、
   前記枠部及び前記支持部を分離可能に接続する接続部と、を含み、
   前記筐体の内部は、前記開口を介して前記筐体の外側に配置されている真空ポンプに連通する、請求項１に記載の陽子生成装置。
3. 前記枠部は、前記ヘリウムイオン源から前記陽子生成用ターゲットへの前記^３Ｈｅイオンの照射経路を開閉する第１のシャッタを含む、請求項２に記載の陽子生成装置。
4. 前記枠部は、前記重陽子源から前記陽子生成用ターゲットへの前記重陽子の照射経路を開閉する第２のシャッタを含む、請求項２又は請求項３に記載の陽子生成装置。
5. 前記支持部は、前記陽子生成用ターゲットが配置される凹部を含む、請求項２乃至４のいずれか一項に記載の陽子生成装置。
6. 密閉された内部を負圧環境に維持する筐体と、
   プラズマの発生に伴って生成される^３Ｈｅイオンを直流電場によって加速させ、前記筐体内に照射するヘリウムイオン源と、
   前記筐体内に配置され、且つ、前記^３Ｈｅイオンが照射されることで、^４Ｈｅ及び陽子を生成する陽子生成用ターゲットと、
   前記陽子生成用ターゲットに重陽子を照射する重陽子源と、
   前記筐体外であって、前記筐体を介して前記陽子生成用ターゲットと対向する位置に配置され、且つ、放射性同位体の原料物質を含む放射性同位体生成用ターゲットと、を含む、放射性同位体生成装置。
7. 陽子生成用ターゲットを、密閉された内部を負圧環境に維持する筐体内に配置し、
   重陽子源から照射される重陽子を前記陽子生成用ターゲットに注入し、
   プラズマの発生に伴って生成される^３Ｈｅイオンを直流電場によって加速し、
   前記陽子生成用ターゲットに対して、加速された前記^３Ｈｅイオンを照射して、^４Ｈｅ及び陽子を生成する、陽子の生成方法。
8. 請求項７に記載の方法によって生成された陽子を、前記筐体外であって、前記筐体を介して前記陽子生成用ターゲットと対向する位置に配置され、且つ、原料物質を含む放射性同位体生成用ターゲットに放射することによって放射性同位体を生成する、放射性同位体の生成方法。

Images