JP7258736B2 - 放射性同位体製造方法および放射性同位体製造装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、放射性同位体製造方法および放射性同位体製造装置に関する。

現在のがん治療では、外科手術、抗がん剤治療、陽子線や重粒子線を用いた放射線療法が用いられている。これらの治療法に加え、アルファ線を用いたがん治療が注目されている。これは、アルファ線の飛程が短いことから、アルファ線がん治療は標的となるがん細胞を選択的に攻撃することができ、正常細胞への影響が小さいことによる。

アルファ線を用いたがん治療の線源としては、アスタチン－２１１は半減期が短く、すみやかに安定核に崩壊することから、最も期待されている放射性同位体である。アスタチン－２１１は着目されている一方で半減期の短さ等の制約条件により、研究レベルの提供量しか流通しておらず、薬事法認可取得後の市場を支えるレベルの放射能量（数十ＧＢｑ/日）単位の製造・供給は実現していない。

国際公開第２０１９／０８８１１３号

アスタチン－２１１の大量製造にはビスマス－２０９に大電流の加速したヘリウムイオン（アルファ線）を照射する必要がある。しかし、大電流のアルファ線をビスマス－２０９ターゲットに照射するとターゲットが融解し、生成したアスタチン－２１１が放出してしまう恐れがある。照射の後工程では、ターゲットを加熱し分離する乾式蒸留分離手法がよく用いられるが、照射中のターゲットからアスタチン－２１１が放出されない条件で照射し、回収する方法が開発されてきた。しかし、溶解しない程度に照射するには照射するアルファ線の電流量に制約がかかる。一度の照射電流が限られた状態では、短半減期のアスタチン－２１１を大容量発生させ分離回収することは困難である。

そこで、本発明の実施形態は、放射性同位体を効率的に製造することを目的とする。

上述の目的を達成するため、本実施形態に係る放射性同位体製造方法は、放射性同位体製造装置を第１運転状態で運転する第１運転ステップと、反応容器内の照射対象に放射線を照射する照射ステップと、所定の時間が経過の後に、前記放射線の照射を停止する照射停止ステップと、前記放射性同位体製造装置を第１運転状態より高い圧力および温度の第２運転状態で運転する第２運転ステップと、生成物を回収する回収ステップと、を有し、前記第１運転状態においては、前記照射対象の温度は前記照射対象の溶融温度以下であり、前記反応容器内の圧力は第１の圧力値であり、前記第２運転状態においては、前記照射対象の温度は前記照射対象の溶融温度より高い温度であり、前記反応容器内の圧力は前記第１の圧力値より高い第２の圧力値であり、前記回収ステップは前記第１運転状態および前記第２運転状態それぞれにおいて、放射線の照射により前記反応容器内の前記照射対象が変換された生成物の蒸気を表面に吸着させるためのエアロゾルを流路に供給させ、前記生成物を表面に吸着させた前記エアロゾルを所定の温度まで冷却して前記生成物を回収するステップを有する、ことを特徴とする。

また、本実施形態に係る放射性同位体製造装置は、照射対象を保持する保持容器と、前記保持容器を収納し、照射窓が形成された反応容器と、前記保持容器内の前記照射対象を加熱する加熱部と、前記反応容器にガスを供給するガス供給部と、放射線の照射により前記反応容器内の前記照射対象が変換された生成物の蒸気を表面に吸着させるためのエアロゾルを流路に供給するエアロゾル供給部と、前記反応容器から流出する前記生成物を表面に吸着させた前記エアロゾルを所定の温度まで冷却して前記生成物を回収する冷却部と、前記加熱部、前記ガス供給部、前記エアロゾル供給部、および前記冷却部について、第１運転状態での運転、放射線の照射、第２運転状態での運転の進行を制御する進行制御部と、を備え、前記第１運転状態においては、前記照射対象の温度は前記照射対象の溶融温度以下であり、前記反応容器内の圧力は第１の圧力値であり、前記第２運転状態においては、前記照射対象の温度は前記照射対象の溶融温度より高い温度であり、前記反応容器内の圧力は前記第１の圧力値より高い第２の圧力値である、ことを特徴とする。

実施形態に係る放射性同位体製造装置の構成を示す概念的な系統図である。 実施形態に係る放射性同位体製造方法の手順を示すフロ―図である。 実施形態に係る放射性同位体製造方法における状態の時間的な経緯を概念的なグラフである。 実施形態に係る放射性同位体製造方法における第１の運転状態を示す概念的な系統図である。 実施形態に係る放射性同位体製造方法における第１の運転状態により製造される同位体の生成の時間的な変化を示すグラスである。 実施形態に係る放射性同位体製造方法における第２の運転状態を示す概念的な系統図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る放射性同位体製造方法および放射性同位体製造装置について説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には、共通の符号を付して、重畳する説明は省略する。

図１は、実施形態に係る放射性同位体製造装置の構成を示す概念的な系統図である。

放射性同位体製造装置１００は、保持容器１０、反応容器２０、加熱部３０、ガス供給部４０、冷却部６０、排気部７０、進行制御部８０、およびガス供給部４０から排気部７０に至るたとえば配管あるいはダクト等の流路９０を有する。

保持容器１０は、照射対象を保持するものであり、上部が開放された外形が直方体形状の容器である。

反応容器２０は、保持容器１０を収納する、照射窓２１および接続部を除いて密閉状態を形成可能な容器である。

照射窓２１は、保持容器１０の上部に形成されており、たとえばアルファ線などの放射線を通過させるためのウィンドウである。特に放射線としてアルファ線を用いる場合は、開口であり、放射線源となる放射線照射装置１側とリークタイトに結合可能に形成されている。

放射線照射装置１は、たとえば加速器であり、保持容器１０内の照射対象に放射線を照射可能な位置に設置されているが、必ずしも、常時その位置に設置されていなくとも、その位置まで移動可能であってもよい。

照射窓２１を使用しない場合に、これを閉止するために、窓カバー２２が設けられている。窓カバー２２は、閉止状態において、リークタイトに形成されている。

加熱部３０は、ヒータ３１、温度計３２、および温度制御部３３を有する。ヒータ３１は、保持容器１０を効率的に加熱するため、反応容器２０内に設置されている。ヒータ３１は、電気ヒータであり、図示しない電源から電力を供給される。なお、ヒータ３１は、たとえば、水蒸気あるいはその他のガスによる加熱方式でもよい。この場合、伝熱管が反応容器２０内に収納され、図示しない加熱源により加熱された加熱用のガスが伝熱管内を通過する。

温度計３２は、保持容器１０内の照射対象の温度を計測する。なお、温度計３２は、保持容器１０の温度を計測することでもよい。

温度制御部３３は、温度計３２からの温度信号を受けて、ヒータ３１による加熱量を制御する。

加熱部３０は、照射対象の温度を、その融点あるいはそれ以上に上昇させる加熱容量を有する。アスタチン製造のために、ビスマスを照射対象とする場合は、ビスマスの融点は、約２７１℃である。なお、ビスマスの沸点は、約１５６４℃であるので、気化させずに溶融させる温度の範囲は広く、融点に相当の余裕をとることができる。

ガス供給部４０は、ガスボンベ４１、調節弁４２、および圧力調節器４３を有する。ガス供給部４０は、放射性同位体製造装置１００内の流体の流れの最上流となる。

ガスボンベ４１は、キャリアガスたとえばヘリウムなどの担体となるガスを圧縮状態で保管する。

調節弁４２は、開度変化によって、ガスボンベ４１から反応容器２０側に流入するガスの流量を変化させる。

圧力調節器４３は、調節弁４２の下流側の流路９０の圧力、すなわち実質的には反応容器２０内の圧力を測定するとともに、別途、進行制御部８０から出力される圧力設定値となるように、調節弁４２に開度指令を出力する。圧力調節器４３は、たとえば、ＰＩ制御回路を有する。

エアロゾル供給部５０は、反応容器２０の出口側の流路９０に接続されている。エアロゾル供給部５０は、放射線の照射により保持容器１０内の照射対象が変換された生成物の蒸気を、表面に吸着させるエアロゾルを収納し、流路９０内に供給する。エアロゾルの供給は、たとえば自然落下方式でもよく、この場合は、エアロゾル供給部５０は、流路９０の上方に設けられる。

冷却部６０は、反応容器２０の下流側であって、エアロゾル供給部５０との取り合い部分よりさらに下流側の流路９０に設けられている。冷却部６０は、冷却容器６１、冷却管６２、回収管６３、および止め弁６４を有する。

冷却容器６１の排気部７０に接続する開口部には、メッシュが設けられている。メッシュの目の細かさは、上流側で供給されたエアロゾルを、排気部７０側に移行させないサイズである。

冷却管６２は、冷却容器６１内に配され、図示しない冷却源に接続されており、冷却容器６１内を冷却するための冷却媒体が内部を通過する。

回収管６３は、冷却容器６１の下部に接続し、冷却容器６１内で冷却されて固体状、具体的には、粉体状となった生成物の外部への通路を形成する。回収管６３上には、通常は閉止状態であり生成物の回収時に開となる止め弁６４が設けられている。

冷却部６０は、流入する生成物の温度を、その凝固温度あるいはそれ以下に低下させる冷却容量を有する。生成物がアスタチンの場合、アスタチンの融点は約３０２℃、沸点は３３７℃であるので、３００℃程度より低い温度まで冷却可能とする。

排気部７０は、流路９０の冷却部６０の下流側に設けられている。排気部７０は、真空ポンプ７１および排気フィルタ７２を有する。真空ポンプ７１は、ガス供給部４０から最大流量のガスが供給される場合にも、反応容器２０内を負圧に維持できる排気容量を有する。

排気フィルタ７２は、たとえば、高性能フィルタであり、真空ポンプ７１の下流側に設けられており、真空ポンプ７１から流入するガス中の放射性の生成物を吸着させる。

進行制御部８０は、図示しないケーブル等の信号授受手段で、加熱部３０、ガス供給部４０、冷却部６０、および排気部７０と接続されている。また、窓カバー２２とも、開閉状態、開閉指令の各信号の授受を行う。

進行制御部８０は、放射性同位体製造装置１００全体の動作の進行を制御する。具体的には、加熱部３０、ガス供給部４０、冷却部６０、排気部７０の、それぞれの動作の起点、終点の指示、圧力あるいは温度などの設定値の出力を行うとともに、それぞれの状態信号を受け、進行状態を監視する。

図２は、実施形態に係る放射性同位体製造方法の手順を示すフロ―図である。

放射性同位体製造方法においては、まず、放射性同位体製造装置１００を、第１運転状態で運転する（ステップＳ０１）。具体的には、開始とともに、進行制御部８０が、放射性同位体製造装置１００内の各部分に指示信号を出力する。

図３は、実施形態に係る放射性同位体製造方法における状態の時間的な経緯を概念的なグラフである。

横軸は、時間である。時間ゼロは、進行制御部８０が、放射性同位体製造装置１００内の各部分に、運転開始の指示信号を出力する時点を示す。

運転は、まず、第１運転状態の下で行われ、次に、第２運転状態の下で行われる。

図３に示すように、第１運転状態においては、照射対象温度すなわち温度計３２で測定したたとえばビスマスなどの照射対象の温度はＴ１であり、圧力調節器４３で測定した反応容器内圧力すなわち反応容器２０内の圧力はＰ１である。

ここで、照射対象温度Ｔ１の値は、照射対象の融点温度あるいはそれより低い温度である。また、反応容器内圧力Ｐ１の値は、反応容器２０内のガスの密度が高すぎると放射線照射の効果を阻害することから、阻害しないとみなされる上限の圧力より低い圧力である。

次に、照射対象に放射線を照射する（ステップＳ０２）。具体的には、進行制御部８０は、窓カバー２２に開指令を出力し、放射線照射装置１が、リークタイトに反応容器２０と結合した条件の成立信号を受けて、放射線照射装置１に放射線照射指令を出力する。

図４は、実施形態に係る放射性同位体製造方法における第１の運転状態を示す概念的な系統図である。図４に示すように、照射対象温度Ｔ１、反応容器内圧力Ｐ１、かつ放射線照射装置１による放射線照射が行われている状態を示す。

次に、放射線照射が所定時間行われたか否かを判定する（ステップＳ０３）。具体的には、進行制御部８０が、放射線照射装置１による放射線照射が開始された後の時間経過が、所定時間以上となったか否かを判定する。ここで、所定時間は、事前の解析に基づいて設定される。

図５は、実施形態に係る放射性同位体製造方法における第１の運転状態により製造される同位体の生成の時間的な変化を示すグラスである。

横軸は、時間であり相対値である。また、縦軸は存在量であり相対値である。実線Ａは、生成物の存在量を示す。破線Ｂは、生成物の半減期が相対値で１０の場合の、壊変で消滅した量から生成した量を減じた値である。半減期１０に対して５０ないし６０程度の時間経過で、生成物の存在量が一定値に落ち着いている。

したがって、所定の時間としては、少なくとも、生成物の半減期の５ないし６倍程度以上の時間を確保することが好ましい。

所定の時間が経過したと判定されなかった場合（ステップＳ０３ ＮＯ）には、ステップＳ０２ないしステップＳ０３を繰り返す。

所定の時間が経過したと判定された場合（ステップＳ０３ ＹＥＳ）には、放射線照射を終了する（ステップＳ０４）。具体的には、進行制御部８０が、放射線照射装置１に放射線照射の停止指令を出力する。

次に、第１運転状態を停止し、生成物を回収する（ステップＳ０５）。具体的には、進行制御部８０が、放射性同位体製造装置１００内の各部分に運転停止の指示信号を出力する。また、止め弁６４を開操作可能であることを、運転員に報知する。

運転員は、止め弁６４にたとえば回収容器をリークタイトに接続した上で、止め弁６４を開くことにより、粉体状に固化した生成物、および表面に生成物が付着したエアロゾルを回収することができる。

なお、このステップＳ０５を実施せず、回収を、後述するステップＳ０７で一括実施することでもよい。この場合は、第１運転状態を停止することなく、放射性同位体製造装置１００内の各部分が運転状態を継続し、次の第２の運転状態に移行することになる。

次に、放射性同位体製造装置１００を、第２運転状態で運転する（ステップＳ０６）。具体的には、進行制御部８０が、放射性同位体製造装置１００内の各部分に指示信号を出力する。

第２運転状態においては、図３に示すように、進行制御部８０が、照射対象温度の設定値Ｔ２を温度制御部３３に出力し、また、反応容器内圧力の設定値Ｐ２を圧力調節器４３に出力し、温度制御部３３および圧力調節器４３は、それぞれの設定値になるように制御動作を行う。

ここで、照射対象温度Ｔ２の値は、照射対象の融点温度より高い温度である。また、反応容器内圧力Ｐ２の値は、反応容器内圧力Ｐ１の値より十分高い圧力である。

図６は、実施形態に係る放射性同位体製造方法における第２の運転状態を示す概念的な系統図である。図６に示すように、照射対象温度Ｔ２、反応容器内圧力Ｐ２で運転されている状態を示す。

第２運転状態においては、第１運転状態では、固体状であった対象物が溶融することにより、放射線照射により生成された生成物が、対象物から放出される。放出された生成物は、エアロゾルの表面に付着する。

次に、第２運転状態を停止し、生成物を回収する（ステップＳ０７）。具体的には、進行制御部８０が、放射性同位体製造装置１００内の各部分に運転停止の指示信号を出力する。また、止め弁６４を開操作可能であることを、運転員に報知する。

運転員は、止め弁６４にたとえば回収容器をリークタイトに接続した上で、止め弁６４を開くことにより、粉体状に固化した生成物、および表面に生成物が付着したエアロゾルを回収することができる。

以上のように、本実施形態によれば、放射性同位体を効率的に製造することができる。

［その他の実施形態］
以上、本発明の実施形態を説明したが、実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。

また、各実施形態の特徴を組み合わせてもよい。また、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、置き換え、変更を行うことができる。

実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１…放射線照射装置、１０…保持容器、２０…反応容器、２１…照射窓、２２…窓カバー、３０…加熱部、３１…ヒータ、３２…温度計、３３…温度制御部、４０…ガス供給部、４１…ガスボンベ、４２…調節弁、４３…圧力調節器、５０…エアロゾル供給部、６０…冷却部、６１…冷却容器、６２…冷却管、６３…回収管、６４…止め弁、７０…排気部、７１…真空ポンプ、７２…排気フィルタ、８０…進行制御部、９０…流路、１００…放射性同位体製造装置

Claims (4)

1. 放射性同位体製造装置を第１運転状態で運転する第１運転ステップと、
   反応容器内の照射対象に放射線を照射する照射ステップと、
   所定の時間が経過の後に、前記放射線の照射を停止する照射停止ステップと、
   前記放射性同位体製造装置を第１運転状態より高い圧力および温度の第２運転状態で運転する第２運転ステップと、
   生成物を回収する回収ステップと、
   を有し、
   前記第１運転状態においては、前記照射対象の温度は前記照射対象の溶融温度以下であり、前記反応容器内の圧力は第１の圧力値であり、
   前記第２運転状態においては、前記照射対象の温度は前記照射対象の溶融温度より高い温度であり、前記反応容器内の圧力は前記第１の圧力値より高い第２の圧力値であり、
   前記回収ステップは前記第１運転状態および前記第２運転状態それぞれにおいて、前記放射線の照射により前記反応容器内の前記照射対象が変換された生成物の蒸気を表面に吸着させるためのエアロゾルを流路に供給させ、前記生成物を表面に吸着させた前記エアロゾルを所定の温度まで冷却して前記生成物を回収するステップを有する、
   ことを特徴とする放射性同位体製造方法。
2. 前記所定の温度は、前記生成物の溶融温度以下の温度であることを特徴とする請求項１に記載の放射性同位体製造方法。
3. 前記所定の時間は、前記生成物の半減期の５倍以上であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の放射性同位体製造方法。
4. 照射対象を保持する保持容器と、
   前記保持容器を収納し、照射窓が形成された反応容器と、
   前記保持容器内の前記照射対象を加熱する加熱部と、
   前記反応容器にガスを供給するガス供給部と、
   放射線の照射により前記反応容器内の前記照射対象が変換された生成物の蒸気を表面に吸着させるためのエアロゾルを流路に供給するエアロゾル供給部と、
   前記反応容器から流出する前記生成物を表面に吸着させた前記エアロゾルを所定の温度まで冷却して前記生成物を回収する冷却部と、
   前記加熱部、前記ガス供給部、前記エアロゾル供給部、および前記冷却部について、第１運転状態での運転、放射線の照射、第２運転状態での運転の進行を制御する進行制御部と、
   を備え、
   前記第１運転状態においては、前記照射対象の温度は前記照射対象の溶融温度以下であり、前記反応容器内の圧力は第１の圧力値であり、
   前記第２運転状態においては、前記照射対象の温度は前記照射対象の溶融温度より高い温度であり、前記反応容器内の圧力は前記第１の圧力値より高い第２の圧力値である、
   ことを特徴とする放射性同位体製造装置。

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