JP7422032B2 - Radionuclide production system and method - Google Patents
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Description
本発明は、加速電子線を利用した放射性核種の製造システムに係り、特に放射性核種の製造中に製造状態を監視するためのシステムと方法に関する。 The present invention relates to a radionuclide production system using an accelerated electron beam, and more particularly to a system and method for monitoring the production status during the production of radionuclides.
放射線治療に用いられる種々の放射性核種が研究開発されているが、臨床に利用可能な放射性核種を供給可能な施設は世界中でも少数の施設に限られている。例えば、放射性核種の一種であるアルファ線を放出するアクチニウム225(Ac-225)は、親核種であるトリウム229(Th-229)からの崩壊によって生産されているが、現在、ドイツのカールスルーエにある超ウラン元素研究所、米国オークリッジ国立研究所、及び、ロシアのオブニンスクにあるロシア国立科学センタ物理エネルギ研究所の3カ所のみで供給されている。 Although various radionuclides used in radiation therapy are being researched and developed, there are only a few facilities around the world that can supply radionuclides that can be used clinically. For example, actinium-225 (Ac-225), a type of radionuclide that emits alpha particles, is produced by decay from its parent nuclide, thorium-229 (Th-229), and is currently located in Karlsruhe, Germany. It is supplied by only three locations: the Institute for Transuranic Elements, the Oak Ridge National Laboratory in the United States, and the Institute of Physical Energy of the Russian National Science Center in Obninsk, Russia.
Ac-225の原料となるTh-229は自然界には無く、ウラン233(U-233)からの崩壊により生成されるが、核防護の関係で、U-233が今後製造されないことから、世界での生産可能量は、現在、世界で保有されているU-233の崩壊により生成されるTh-229の崩壊により生成される量のみとなっている。臨床前試験等に用いるには十分であるが、今後、大量に不足することが予想されており、加速器を用いた製造が望まれている。 Th-229, the raw material for Ac-225, does not exist in nature and is produced through the decay of uranium-233 (U-233). However, due to nuclear protection concerns, U-233 will no longer be manufactured, so it is widely used worldwide. Currently, the only amount that can be produced is the amount produced by the decay of Th-229, which is produced by the decay of U-233 held in the world. Although it is sufficient for use in preclinical tests, it is predicted that there will be a large shortage in the future, and production using an accelerator is desired.
加速器を用いたAc-225製造に関しては、天然に存在するラジウム226(Ra-226)を用いたRa-226(p,2n)Ac-225反応を利用したサイクロトロンによる製造試験がORNLや量子科学技術研究開発機構において進められているが、商用化はされていない。サイクロトロンを用いた製造は、加速された陽子のターゲットであるRa-226中での飛程が短いことから、ターゲットであるRa-226を厚くしても大量製造ができない、加速された陽子のエネルギのほとんどをターゲット中で失うことから、ターゲットの除熱が困難となるため、大量製造のために電流値やエネルギを向上させることができない等の課題がある。 Regarding the production of Ac-225 using an accelerator, production tests using a cyclotron using the Ra-226(p,2n)Ac-225 reaction using naturally occurring radium-226 (Ra-226) have been conducted by ORNL and Quantum Science and Technology. The research and development organization is working on this, but it has not been commercialized. Production using a cyclotron does not allow for mass production even if the target Ra-226 is made thicker due to the short range of the accelerated protons in the Ra-226 target. Since most of the heat is lost in the target, it becomes difficult to remove heat from the target, resulting in problems such as the inability to improve current value and energy for mass production.
加速器を用いたAc-225製造法として、他に、Ra-226(n,2n)Ra-225反応を利用して製造したRa-225のベータ崩壊によって製造する手法が検討されている。サイクロトロンにより加速した重陽子を、炭素のターゲットや、トリチウムを吸蔵させた金属等のターゲットに照射することで高速中性子を発生させ、発生させた高速中性子をRa-226に照射することで製造する手法である。高速中性子は、Ra-226中での飛程が長いことから、原料であるRa-226を厚くすることで大量製造を可能にできるが、大量に発生する高速中性子の遮蔽が必要なため、装置が大型になってしまう、及び、大量の高速中性子により、装置構造物全体が強く放射化されてしまう等の課題がある。 Another method of producing Ac-225 using an accelerator is a method of producing Ac-225 by beta decay of Ra-225 produced using the Ra-226(n,2n)Ra-225 reaction. A method of producing fast neutrons by irradiating deuterons accelerated by a cyclotron onto a target such as a carbon target or a metal that occludes tritium, and then irradiating Ra-226 with the generated fast neutrons. It is. Fast neutrons have a long range in Ra-226, so mass production is possible by making the raw material Ra-226 thicker, but it is necessary to shield the large amount of fast neutrons that are generated, so the equipment There are problems such as the device becoming large and the entire device structure being strongly activated by a large amount of fast neutrons.
そこで、小型軽量な装置で効率良く放射性核種を製造可能な電子線加速器を用いた製造システムが求められている。 Therefore, there is a need for a production system using an electron beam accelerator that can efficiently produce radionuclides with a small and lightweight device.
上述した従来の医療用核種の製造方法の課題を解決するため、本発明者らは、加速電子線を用いた製造システムの開発し(特許文献1)、さらに、このような製造システムをアクチニウム225等の核種に応用する研究を進めている。 In order to solve the problems of the conventional method for producing medical nuclides mentioned above, the present inventors developed a production system using an accelerated electron beam (Patent Document 1), and further applied this production system to actinium-225. We are currently conducting research to apply this method to nuclides such as
特許文献1に記載される製造システムを用いた放射性核種製造を実用化するにあたっては、放射性核種の健全性や製造量などの状況などの把握が必要となる。これら健全性や製造量は、例えば、製造システムから原料核種や製造核種を取り出し、分析することで把握することができるが、このためには放射性核種の製造を停止する必要があり、製造効率が大幅に低下する。従って製造を継続しながら、放射性核種の健全性や製造量を監視することが可能なシステムが望まれる。
In order to put into practical use the production of radionuclides using the production system described in
本発明は、このような要請を満たすためになされたものであり、製造核種や放射性核種から放出されるガンマ線の変化を監視することで、システムの状況を把握する。 The present invention has been made to meet such demands, and the status of the system can be grasped by monitoring changes in gamma rays emitted from manufactured nuclides and radionuclides.
すなわち本発明の放射性核種製造システムは、電子線加速器と、前記電子線加速器から照射される電子線を受けて制動放射線を発するターゲットと、前記制動放射線の進行方向に配置された放射性核種製造部と、を備え、さらに、前記放射性核種製造部に含まれる核種から放出されるガンマ線を検出するガンマ線検出器と、当該ガンマ線検出器の出力を用いて前記放射性核種製造部の状態を判定する状態評価部とを備える。 That is, the radionuclide production system of the present invention includes an electron beam accelerator, a target that receives an electron beam irradiated from the electron beam accelerator and emits bremsstrahlung radiation, and a radionuclide production unit disposed in the direction of movement of the bremsstrahlung radiation. , further comprising: a gamma ray detector that detects gamma rays emitted from nuclides contained in the radionuclide production section; and a state evaluation section that determines the state of the radionuclide production section using the output of the gamma ray detector. Equipped with.
本発明によれば、放射性核種製造システムを稼働しながら、それに含まれる核種の健全性や製造核種の製造状況などを把握することができる。それにより製造核種の目的製造量を製造するまでの時間の推定を行うことができる。 According to the present invention, while operating a radionuclide production system, it is possible to grasp the health of nuclides contained therein, the production status of manufactured nuclides, and the like. Thereby, it is possible to estimate the time required to produce the desired production amount of the produced nuclide.
以下、図面を参照して、本発明の放射線核種製造システム及び製造方法の実施形態を説明する。本発明の放射線核種製造システム及び方法において、対象となる原料核種及び製造核種は限定されるものではないが、以下の説明では、Ra-226を原料核種として、Ac-225あるいはその子孫核種であるFr-221やBi-213を製造する場合を例に説明する。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of a radionuclide production system and production method of the present invention will be described with reference to the drawings. In the radionuclide production system and method of the present invention, the target raw material nuclide and production nuclide are not limited, but in the following explanation, Ra-226 is used as the raw material nuclide, and Ac-225 or its descendant nuclide is used as the raw material nuclide. The case of manufacturing Fr-221 and Bi-213 will be explained as an example.
<実施形態1>
本実施形態の放射線核種製造システムは、基本的な構成として、電子線加速器10と、ターゲット20と、放射線核種製造部(以下、単に核種製造部という)30とを備えている。
<
The radionuclide production system of this embodiment basically includes an
電子線加速器10は、図示していないが、電子銃と、電子銃から放出した電子を所定の方向に加速する加速装置を備えており、所定の照射エネルギの電子線を放出する。電子線加速器10には、電子線加速器に供給する電力(電流値)を調整したり、電子線加速器のON/OFFを制御する電子線加速器制御部(以下、単に制御部という)50が接続されている。
Although not shown, the
電子ターゲット20は、電子線加速器10に対し電子線の進行方向前方に設置され、高エネルギ電子線の照射を受けて制動放射線を放出する。ターゲット20の材料は、特に限定されないが、タングステン等の公知の材料からなる。放射された制動放射線は、電子線と同方向に進行する。
The
核種製造部30は、原料核種を収納した容器で、通常原料核種はスパッタリング等によって容器の内壁面に固着されている。核種製造部30は、原料核種が固着された面にターゲットからの制動放射線が照射されるように、配置される。原料核種は、制御放射線との核反応により異なる核種を生成する材料である。本実施形態ではRa-226を用いる。
The
本実施形態の放射線核種製造システムは、さらに、核種製造部30の近傍に、原料核種及び核反応によって生成する製造核種やその崩壊によって生じる子孫核種が発生するガンマ線を検出するガンマ線検出器40と、ガンマ線検出器40が検出したガンマ線の検出結果を処理し解析するデータ処理部60と、解析部60の解析結果を用いて、核種製造部30の状態の評価、例えば健全性の判定や製造量の評価を行う状態評価部70とが備えられている。
The radionuclide production system of this embodiment further includes, near the
ガンマ線検出器40は、例えばゲルマニウム半導体検出器やシンチレータを用いた検出器など、エネルギ分解能のある公知のガンマ線検出器を用いることができ、制動放射線の進行方向からずれた位置に配置される。制動放射線はほぼ電子線の進行方向と同じ方向に進行するのに対し、核種製造部30内の放射性核種から放出されるガンマ線は全方向に向かう。従ってガンマ線検出器40の位置を制動放射線の進行方向から外すことで、制動放射線がバックグラウンドとして検出される量を低減することができる。本実施形態では、制動放射線の進行方向に対し、核種製造部30(その中心)とガンマ線検出器40(その中心)とを結ぶ線が垂直となるようにガンマ線検出器40を配置している。但し、制動放射線量が高いときには、ガンマ線検出器40に入射する制動放射線量を制限するための手段やガンマ線検出器40の配置の工夫が必要となる。その具体例は他の実施形態で説明する。ガンマ線検出器40はディスクリ値(検出閾値)より高エネルギで且つバックグラウンドよりも線量の高いガンマ線が検出される。
As the
データ処理部60は、ガンマ線検出器40から出力される、ガンマ線スペクトルを処理し、例えば、ガンマ線スペクトルの波高ピークの計数率をピーク毎に算出する。計測率は、ピーク面積を測定時間で除した値である。原料核種がRa-226の場合、制動放射線との核反応によりAc-225(半減期)が生成し、さらにAc-225の崩壊により子孫核種として、Fr-221、Bi-213が生成する。Ac-225からのガンマ線放出は極めて少ないため、この例では、Ra-226、Fr-221、Bi-213からのガンマ線の計数率が算出される。
The
データ処理部60は、所定の間隔で、ガンマ線検出器40が取得したガンマ線スペクトルを用いて、ガンマ線のエネルギ毎のピーク計数率を算出する。
The
状態評価部70は、データ処理部60が算出したエネルギ毎のピーク計数率を用いて、放射性核種製造部30の健全性の判定や、製造核種の目的製造量までの必要時間の算出などを行う。状態評価部70の機能は、例えば、CPUとメモリを備えた汎用の計算機で行ってもよいし、その一部または全部をASICやFPGA等のハードウェアで実現してもよい。計算機で行う場合には、予めメモリ或いは不図示の記憶装置に格納されたプログラムをCPUがアップロードすることにより実現することができる。なおデータ処理部60の機能も同一の或いは異なる計算機で実現することも可能である。
The
次に上述した構成の放射性核種製造システム100の動作の流れを、図2を参照して説明する。 Next, the flow of operation of the radionuclide production system 100 having the above-described configuration will be explained with reference to FIG. 2.
電子線照射に先立って、原料核種が設置された放射線核種製造部30に近接して配置されたガンマ線検出器40によりガンマ線の検出を開始する(S201)。ガンマ線検出器40では、そのディスクリ値(検出閾値)より高エネルギで且つバックグラウンドよりも線量の高いガンマ線が検出される。検出は、所定の時間間隔で行われ、所定の時刻毎に測定したガンマ線スペクトルをデータ処理部60に出力する。データ処理部60は、測定時刻ごとに、ガンマ線のピークのピーク計数率を算出し、状態評価部70に出力する(S202)。
Prior to electron beam irradiation, detection of gamma rays is started by the
上述したガンマ線の検出を継続しながら、製造を開始し、電子線加速器10からターゲット20に電子線11を照射する。これにより、ターゲット20から制動放射線21が放出され、核種製造部30内に設置した原料核種であるRa-226に照射される。Ra-226と制動放射線との核反応により、中性子を発生する反応(Ra-226(γ,n)Ra-225)が起こりRa-225が生成する。Ra-225はβ崩壊により目的核種であるAc-225が製造される(S203)。
Manufacturing is started while the gamma ray detection described above is continued, and the
製造開始に伴い、核種製造部30からは原料核種からのガンマ線に加えて製造核種からのガンマ線が放出され、ガンマ線検出器40で検出されるガンマ線スペクトルが変化する。図3にガンマ線検出器40で検出したガンマ線スペクトルから得た計数率のグラフを模式的に示す。図3において、横軸はガンマ線スペクトルの波高値(エネルギ)、縦軸はピーク計数率である。図示するように、各核種から発生するガンマ線のエネルギに対応してピークが現れ、ピーク計数率は原料核種であるRa-226が最も大きい。またAc-225の子孫核種であるFr-221、Bi-213が、Ra-226より高エネルギのガンマ線のピークとして現れる。
With the start of production, the
データ処理部60は、ガンマ線検出器40の測定時刻ごとに、ガンマ線スペクトル計測時刻毎にピーク計数率を算出し、状態評価部70に送る。状態評価部70は、データ処理部60から送られる測定時刻ごとガンマ線のピーク計数率をもとに、原料核種の健全性を判定し(S204、S205)、製造核種の製造量を推定する(S206)。
The
原料核種の健全性の判定及び製造核種の製造量の推定は、反応が次のように進行することに基づいてなされる。Ra-226と制動放射線との反応により製造核種が製造される過程では、原料核種であるRa-226の大部分は、制動放射線と反応することなく非常に少量のRa-226のみが反応する。従って、製造時のRa-226の量は、ほぼ変わらず一定の値となり、Ra-226から放出されるガンマ線のピーク計数率もほぼ一定の値に保たれる。一方、製造核種であるAc-225は、子孫核種であるFr-221及びBi-213に崩壊するが、これら子孫核種の半減期はAc-225の半減期と比較して非常に短いことから、Ac-225と、Fr-221及びBi-213とは、永続平衡になっている。従って、Ac-225の生成量に比例してFr-221またはBi-213から放出されるガンマ線のピーク計数率も変化する。 Determination of the integrity of the raw material nuclide and estimation of the production amount of the manufactured nuclide are performed based on the reaction proceeding as follows. In the process of manufacturing a manufactured nuclide by the reaction between Ra-226 and bremsstrahlung radiation, most of the raw material nuclide Ra-226 does not react with the bremsstrahlung radiation, and only a very small amount of Ra-226 reacts. Therefore, the amount of Ra-226 at the time of manufacture remains approximately constant, and the peak count rate of gamma rays emitted from Ra-226 is also maintained approximately constant. On the other hand, the manufactured nuclide, Ac-225, decays into its progeny nuclides, Fr-221 and Bi-213, but the half-life of these progeny nuclides is very short compared to that of Ac-225. Ac-225, Fr-221 and Bi-213 are in permanent equilibrium. Therefore, the peak count rate of gamma rays emitted from Fr-221 or Bi-213 also changes in proportion to the amount of Ac-225 produced.
以上のことから、Ra-226から放出されるガンマ線のピーク計数率の時間変化を測定し、ほぼ一定のピーク計数率であることを確認することで、原料核種であるRa-226の健全性を確認できる。また、Fr-221またはBi-213から放出されるガンマ線のピーク計数率の時間変化を測定することで、Ac-225の製造量を定量することが可能である。製造量は、電子線の加速エネルギと加速電流値の時刻変化で決まり、これらが一定であれば、電子線の照射時間のみに比例する一次関数となるので、照射時間から推定することができる。さらに、Ac-225の製造量の時刻変化のデータをもとに、Ac-225が目標製造量に達するまでの製造時間の評価が可能である。 Based on the above, by measuring the time change in the peak count rate of gamma rays emitted from Ra-226 and confirming that the peak count rate is almost constant, we can evaluate the health of Ra-226, which is the raw material nuclide. Can be confirmed. Furthermore, by measuring the temporal change in the peak count rate of gamma rays emitted from Fr-221 or Bi-213, it is possible to quantify the production amount of Ac-225. The production amount is determined by the time change of the acceleration energy of the electron beam and the acceleration current value, and if these are constant, it becomes a linear function proportional only to the irradiation time of the electron beam, so it can be estimated from the irradiation time. Furthermore, based on data on changes in the production volume of Ac-225 over time, it is possible to evaluate the production time until the target production volume of Ac-225 is reached.
状態評価部70が、ピーク計数率を用いて原料核種の健全性の判定、製造核種の製造量の推定及び目標製造量に達するまでの製造時間の評価を行う例を、図4及び図5に示す。図4は、原料核種であるRa-226からのガンマ線検出結果を用いて原料核種の健全性を判定する例を示す図、図5は、Ac-225の子孫核種からのガンマ線検出結果を用いて製造核種の製造量と必要照射時間を推定する例を示す図である。
An example in which the
図4(A)は、正常時の原料核種のピーク計数率を示すグラフで、図示するように、Ra-226からのガンマ線のピーク計数率がガンマ線を計測した各時刻でほぼ一定に推移していれば、状態評価部70は原料核種の健全性が保たれていると判定する。一方、図4(B)に示すように、ピーク計数率が急激に落ち込んだり、あるいは上昇したりするような場合には、原料核種に何らかの異常が生じていると判定する。原料核種のピーク計数率が変化する原因としては、核種製造部30から原料核種が漏出している、核種製造部30の位置が変化し、ガンマ線検出器40との位置関係が変化している、などが考えられる。これらの異常は、いずれも原料核種のピーク計数率の変化として現れるので、健全性の確認、異常の確認が可能となる。
Figure 4 (A) is a graph showing the peak count rate of raw material nuclides under normal conditions. As shown, the peak count rate of gamma rays from Ra-226 remains almost constant at each time the gamma rays were measured. If so, the
図5(A)は、正常時の子孫核種のピーク計数率を示す図で、電子線の照射開始前はこれら核種からのピーク計数率はゼロであるが、電子線照射開始とともに照射量(照射時間)とともにピーク計数率はリニアに増加する。製造核種の製造量は、電子線の加速エネルギE、加速電流値I及び電子線の照射時間Tで決まるので、これらが一定であれば、照射時間Tで決まる。また上述したように製造核種の製造量は、本例の場合子孫核種のピーク計数率に比例する。この関係から、製造量を算出することができ、図5では、縦軸を製造量として表示している。すなわち、ピーク計数率を用いて、ガンマ線測定時における製造核種の製造量を算出することができる。 Figure 5 (A) is a diagram showing the peak count rate of progeny nuclides under normal conditions. Before the start of electron beam irradiation, the peak count rate from these nuclides is zero, but as the electron beam irradiation starts, the irradiation amount (irradiation amount) The peak count rate increases linearly with time). The amount of produced nuclide is determined by the acceleration energy E of the electron beam, the acceleration current value I, and the irradiation time T of the electron beam, so if these are constant, it is determined by the irradiation time T. Further, as described above, the amount of produced nuclides is proportional to the peak count rate of descendant nuclides in this example. From this relationship, the production amount can be calculated, and in FIG. 5, the vertical axis is shown as the production amount. That is, using the peak count rate, it is possible to calculate the amount of produced nuclide during gamma ray measurement.
また製造量の時刻変化を把握することにより、図5(A)に示すように、製造量の時刻変化を示す線(予測線)の傾きから、製造核種の製造量の目標値に達するまでの必要時間を推定することができる。 In addition, by understanding the temporal changes in the production amount, the slope of the line (predicted line) showing the temporal changes in the production amount can be determined from the slope of the line (prediction line) indicating the temporal change in the production amount, as shown in Figure 5 (A). The required time can be estimated.
これに対し、図5(B)に示すように、算出した製造量(ピーク計数率)が、製造量の予測線から、外れたときは、何らかの異常が生じていると判定する(S207)。ある時刻の製造量(ピーク計数率)が異常値を示す原因は、製造核種の健全性評価(S205)の際の異常の場合の他、核種製造部30での原料核種位置の変化により制動放射線が原料核種に照射されない或いは照射量が大幅に減少している場合や、電子線の加速エネルギや電流値の変化により核反応が減少或いは増加している場合などもあり得る。従って、原料核種のピーク計数率の監視と併せて製造核種のピーク計数率の監視を行うことにより、異常の原因を特定しやすくなる。なお予測線からはずれているかの判断は、予測線上の値に対し、閾値(上限、下限)を設定し、閾値からはずれたときに異常であると判断してもよい。
On the other hand, as shown in FIG. 5(B), when the calculated production amount (peak count rate) deviates from the predicted production amount line, it is determined that some abnormality has occurred (S207). The reason why the production amount (peak count rate) at a certain time shows an abnormal value is not only due to an abnormality during the soundness evaluation of the manufactured nuclide (S205), but also due to bremsstrahlung radiation due to a change in the position of the raw material nuclide in the
状態評価部70が、図5(A)に示すグラフから必要照射時間を算出した場合には、制御部50は状態評価部70が算出した必要照射時間に達した時点で(S28)、電子線加速器10への電力供給をオフにし、製造を終了する。また状態評価部70が異常を検出した場合にも(S207)、電子線加速器10への電力供給をオフにし、製造を停止する。この場合、図1の構成例には示していないが、制御部40等に付随するモニター(表示装置)や表示灯にその旨を表示する。表示とともに或いは表示に代えて、音声や警告音などで異常の旨を報知してもよい。
When the
以上、説明したように、本実施形態によれば、電子線加速器を用いた核種製造において、製造を継続しながら、核種の健全性の確認や製造量及び必要照射時間の推定などを行うことができる。また製造中に異常があった場合にも、それを検知することができる。 As described above, according to this embodiment, in the production of nuclides using an electron beam accelerator, it is possible to confirm the integrity of the nuclides and estimate the amount of production and required irradiation time while continuing production. can. Also, if there is an abnormality during manufacturing, it can be detected.
<実施形態2>
本実施形態は、電子線加速器を断続的にオフ状態に切り替えて、オフ状態のときにガンマ線検出を行うことで、バックグラウンドの影響を低減する。本実施形態の構成は、図1に示す実施形態1の構成と同様であるが、電子線の電流値を断切り替える切替制御部(不図示)を備えている。切替制御部は、電子線加速器10或いはその制御部50に備えられ、ユーザが手動で操作可能なスイッチでもよいし、制御部50からの制御信号により電子線加速器10への電力供給量を自動的に制御する構成としてもよい。
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In this embodiment, the influence of the background is reduced by intermittently switching the electron beam accelerator to the off state and performing gamma ray detection during the off state. The configuration of this embodiment is similar to the configuration of
電子線加速器10の制御の一例を図6に示す。図6は、電子線加速器10の加速エネルギを一定にし、電子線の電流値を切り替える場合のタイミングチャートで、電子線の電流値は、製造時の電流値(High)を断続的に所定定時間保ちながら、その間に電流値をゼロまたは非常に小さい値(まとめてLow状態という)に設定する。電流値の制御は、例えば電子銃に供給する電力をオンオフ制御することで行うことができる。製造開始後に電子線の電流値を保つ時間は、製造開始後は長く、徐々に或いは所定の時間経過後は短くする。これにより製造開始後に製造核種に由来するガンマ線の放出量が少ないときにも、ガンマ線検出器40のディスクリ値を超えて検出可能にする。
An example of control of the
このような電子線加速器40の制御を行った場合のガンマ線検出器40の出力であるスペクトル(あるいはデータ処理部60が算出したピーク計数率)は、電子線の電流値がHighのときは、図7(A)に示すように、電子線の照射を受けて生成しガンマ線検出器40に捉えられる制動放射線のスペクトル内に検出すべき核種のガンマ線ピークが埋もれている可能性が高い。電子線電流値がLow状態のときは、バックグラウンドの主因である制動放射線は放射されないので、図7(B)に示すように、原料核種Ra-226及び製造核種Ac-225の子孫核種Fr-221、Bi-213からのガンマ線のピークを精度よく検出することができる。
When the
データ処理部60は、ガンマ線検出器40が電子線電流のLow状態のときに検出したピークのピーク計数率を算出し、状態判定部70はそのピーク計数率を用いて、原料核種の健全性を判定し、製造核種の製造量や必要放射時間を推定する。この手法は実施形態1と同様である。
The
なおガンマ線検出器40による測定を、電子線の電流値に合わせて切り替えて、電流値がLow状態のときだけガンマ線を測定するようにしてもよい。なお、電子線の電流値がゼロまたは非常に小さい値の時間が長くなると、製造時間が長くなってしまう等の影響を及ぼすことから、ガンマ線の測定の測定精度を一定以上に保つ範囲内で、電子線の電流値がゼロまたは非常に小さい値の時間をできるだけ短くした方が良い。
Note that the measurement by the
本実施形態によれば、制動放射線の量が多い場合に、バックグラウンドの線量の増大によってガンマ線検出の精度が低下することを防止することができる。 According to this embodiment, when the amount of bremsstrahlung radiation is large, it is possible to prevent gamma ray detection accuracy from decreasing due to an increase in background dose.
<実施形態3>
本実施形態もバックグラウンドの抑制を図ることは実施形態2と同様であるが、本実施形態では、ガンマ線検出器40に入射される測定対象ガンマ線以外の放射線を物理的に遮断する手段を設けることが特徴である。
<
This embodiment also attempts to suppress background, as in
すなわち、本実施形態の放射線核種製造システムは、図8に示すように、ガンマ線検出器40の周囲を覆う遮蔽体41を備えている。図8において、図1に示す要素と同じ要素は、同じ符号で示し、重複する説明は省略する。
That is, the radionuclide production system of this embodiment includes a shield 41 that covers the
遮蔽体41は、ガンマ線の遮蔽性能が高い鉛やタングステン等の材料からなり、ガンマ線検出器40の周囲を覆うように配置される。遮蔽体41の形状は、ガンマ線検出器40を多く形状であれば、円筒状や断面が多角形の筒状であってもよい。厚さは均一でもよいが、ターゲット20に近い側の厚さを厚くしてもよい。これにより少ない材料でより効果的に制動放射線の遮蔽効果を得ることができる。
The shielding body 41 is made of a material such as lead or tungsten that has high gamma ray shielding performance, and is arranged to cover the
遮蔽体41には、さらに、図9に示すように、コリメータ42を設けてもよい。コリメータ42は、バックグラウンドとなる放射線のガンマ線検出器40への入射角度を制限することによって、バッククラウンドを低減する。コリメータ42の材料としては遮蔽体41と同様にガンマ線遮蔽性能が高い材料を用いることができ、遮蔽体41の上端に取り付け、コリメータ42で制限されるガンマ線検出器40の立体角θの範囲内に、核種製造部30が位置するように配置することが好ましい。コリメータ42の形状は、遮蔽体41と同様に筒状としてもよいし、板状として、少なくとも制動放射線が照射される側に設置する構成としてもよい。
このように、コリメータ42を配置することで、さらに高いバッククラウンド抑制効果をえることができる。
The shield 41 may further be provided with a collimator 42, as shown in FIG. The collimator 42 reduces the background by limiting the angle of incidence of the background radiation onto the
By arranging the collimator 42 in this manner, an even higher background suppression effect can be obtained.
本実施形態の構成においても、図10(A)に示すように、遮蔽体41或いは遮蔽体41及びコリメータ42を配置しなければ、検出しようとする核種製造部30からのガンマ線がバックグラウンドに埋もれて検出できない場合にも、遮蔽体41或いは遮蔽体41及びコリメータ42を配置することで、図10(B)に示すように、原料核種Ra-226からのガンマ線はもとより、ピーク計数率の低いFr-221からのガンマ線やBi-213からのガンマ線を精度よく検出することができる。
なお図9では、遮蔽体41とコリメータ42を設置する場合を示したが、本実施形態にはコリメータ42のみを設置する場合も含まれる。
Also in the configuration of this embodiment, as shown in FIG. 10(A), if the shield 41 or the shield 41 and the collimator 42 are not provided, the gamma rays from the
Although FIG. 9 shows a case where the shield 41 and the collimator 42 are installed, the present embodiment also includes a case where only the collimator 42 is installed.
<実施形態4>
実施形態は、核種製造部30に対するガンマ線検出器40の配置の実施形態であり、複数のガンマ線検出器を備える場合を含む。
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The embodiment is an embodiment of the arrangement of the
最初に核種製造部30に対するガンマ線検出器40の配置について、図11を参照して説明する。図11において、電子線及び制動放射線の進行方向をzで表し、核種製造部30(中心)とガンマ線検出器40(中心)とを結ぶ線をLで表している。
First, the arrangement of the
制動放射線発生用ターゲット20で発生する制動放射線21は、電子線照射の方向と同方向に強く発生し、電子線照射の方向と逆方向になるに従って、弱く発生する。一方、原料核種及び原料核種の子孫核種、及び、製造核種及び製造核種の子孫核種から放出されるガンマ線は、等方的に放出される。従って、電子線照射方向zと、核種製造部30の中心からガンマ線検出器40の中心に向けた直線Lとのなす角φが大きいほど、制動放射線のバックグラウンドの強度に対する原料核種及び原料核種の子孫核種、及び、製造核種及び製造核種の子孫核種から放出されるガンマ線の強度が大きくなり、精度の高い測定が可能となる。具体的には、電子線の照射方向Zと、核種製造部の中心からガンマ線検出器の中心に向けた直線Lとのなす角φは、30度以上であることが望ましい。図1に示す構成では、φは90度であるが、図11に点線で示したように、φ(φ’)は90度より大きくてもよい。
The
上述したガンマ線検出器40の配置は、ガンマ線検出器40が一つの場合にも適用できるが、ガンマ線検出器40を複数設置する場合にも適用することができる。ガンマ線検出器40を複数設置する場合の配置例を図12に示す。図12(A)には、一例として、2つのガンマ線検出器40A、40Bを核種製造部30から等距離に設置した場合を示しているが、ガンマ線検出器の数は2つに限定されず、3以上であってもよい。また2つのガンマ線検出器40A、40Bを水平方向に配置するのではなく、図12(B)に示すように、垂直方向に配置するなど任意の配置が可能である。また核種製造部30からの距離や角度φを異ならせてもよい。
The arrangement of the
このように複数のガンマ線検出器を設置することにより、検出結果の加算効果により、核種製造部30から放出されるガンマ線の検出精度が向上するとともに、ガンマ線検出器のいずれかに異常が起こっている場合の状態評価部70による誤判定を防止することができる。例えば、図4及び図5に示すRa-226から放出されるガンマ線のピーク計数率またはAc-225製造量の時刻変化に異常が検知された場合、異常が放射性核種製造部30に起こっている以外に、ガンマ線検出器40の異常または制動放射線発生用ターゲット20の異常が原因である可能性がある。複数個設置したガンマ線検出器において、1個のみに異常が起こった場合、そのガンマ線検出器の異常であり、放射性核種製造部30または制動放射線発生用ターゲット20の異常が原因ではないと判断できる。
By installing multiple gamma ray detectors in this way, the detection accuracy of gamma rays emitted from the
さらに複数のガンマ線検出器40を、核種製造部30からの距離や角度φを異ならせて配置した場合には、それらを解析することで、制動放射線の特性(角度や距離依存性)を把握し、ガンマ線検出器40の検出結果を補正することも可能である。
Furthermore, if multiple
なお本実施形態は、上述した実施形態1~3の構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
Note that this embodiment can be implemented in appropriate combination with the configurations of
<実施形態5>
本実施形態は、上述した実施形態1~4に対し、さらに、ターゲットからの制動放射線の線量又は線量率を検出する線量測定器を加えたことが特徴である。
<Embodiment 5>
The present embodiment is characterized in that a dosimeter for detecting the dose or dose rate of bremsstrahlung radiation from the target is added to the above-described first to fourth embodiments.
本実施形態の放射性核種製造システムの一例を、図13に従って説明する。図示するように、本実施形態の放射線核種製造システムは、制動放射線発生用ターゲット20の近傍に、線量率計80を設置し、線量率計80からの信号をデータ処理部60に入力し、線量率の時刻変化を測定する。また電子線加速器制御装置50からの電子線の加速エネルギ及び電流値の情報をデータ処理部60に入力する。
An example of the radionuclide production system of this embodiment will be described with reference to FIG. 13. As shown in the figure, the radionuclide production system of this embodiment installs a
線量率計80としては、放射線の線量或いは線量率を測定する公知の測定器を用いることができ、複数個設置してもよい。複数設置する場合、電子線の加速方向に対して対称の位置に設置しても、対称の位置では無い位置に設置しても良い。対称の位置に設置した場合には、複数の線量率計の測定値の差から、線量率計の異常を検出することができる。また対称ではない位置に設置した場合には、ターゲットからの位置に応じた線量率を検出することができる。
As the
データ処理部60は、電子線の加速エネルギ及び電流値の情報を入力し、それが一定であることを監視するとともに、一定であるという条件のもとで、線量率計の測定値の変化を監視する。
The
図14に、電子線加速エネルギが一定である時の電流値の時刻変化及び線量率計で測定した線量率の時刻変化の一例を示す。電子線の加速エネルギ及び電流値がほぼ一定の条件下で、線量率計80の値が増加または減少した場合、ターゲット20の異常が原因であると推定できる。電子線エネルギ及び電流値がほぼ一定の条件下で、複数個設置した線量率計において、1個のみに異常が起こった場合、その線量率計の異常であり、ターゲット20の異常が原因ではないと判断できる。
FIG. 14 shows an example of a time change in the current value when the electron beam acceleration energy is constant and a time change in the dose rate measured by a dose rate meter. If the value of the
なお線量率計80の値の異常の判断においては、線量率計80の測定精度を考慮した閾値(上限下限)を設定し、その閾値の範囲から外れる場合を異常と判断する。
Note that in determining whether the value of the
本実施形態5の状態評価部70の評価フローの一例を図15に示す。状態評価部70は、データ処理部60からのガンマ線のピーク計数率と線量率計80が測定した線量率を入力する(S301、S302)。線量率が異常である場合には(S303)、例えばターゲット20に異常(異常1)があると判断し(S306)、警告を発し、必要に応じシステムを停止する(S307)。また線量率に異常はないが、原料核種のガンマ線のピーク計数率が変化した場合には(S304)、核種製造部30の健全性に問題(異常2)があると判断し(S306)、システムを停止する(S307)。さらに原料核種のガンマ線のピーク計数率は一定に保たれているが、製造核種またはその子孫核種のガンマ線のピーク計数率のリニアな上昇が崩れた場合には(S305)、例えば核反応の異常(異常3)があると判断し、システムを停止する(S307)。
FIG. 15 shows an example of the evaluation flow of the
異常が検出されない場合には、必要製造量に達するまで、製造が継続される(S308)。製造継続の際は、図15では図示を省略しているが、図2のステップS206、S208に示したように、製造核種またはその子孫核種のガンマ線のピーク計測率の変化から算出した目標製造量に達するまで製造を継続し、目標製造量或いはそれを製造するまでの必要時間に達した時点で電子線照射を停止して、製造を終了する。 If no abnormality is detected, production continues until the required production amount is reached (S308). When continuing production, although not shown in FIG. 15, as shown in steps S206 and S208 in FIG. The production is continued until the target production amount is reached, and when the target production amount or the required time for production is reached, the electron beam irradiation is stopped and the production is completed.
なお図15は、状態評価部70による判断フローの一例であって、判断ステップの順番などはこの例に限定されないし、さらに、ガンマ線検出器40や線量率計80が複数設置されている場合には、一つの機器のみが異常を検出しているのか複数の機器が異常を検出しているのかを判定する判定ステップをそれぞれ追加し、その後に異常を判定するなど、変更が可能である。
Note that FIG. 15 is an example of the judgment flow by the
このように本実施形態によれば、多段的に異常を判定することで、種々の原因による製造工程における異常を判断することができ、適切な対処を行うことができる。 As described above, according to the present embodiment, by determining abnormalities in multiple stages, abnormalities in the manufacturing process due to various causes can be determined, and appropriate measures can be taken.
10:電子線加速器、20:ターゲット、30:核種製造部、40:ガンマ線検出器、50:電子線加速器制御部、60:データ処理部、70:状態評価部、80:線量率計(線量測定器) 10: Electron beam accelerator, 20: Target, 30: Nuclide production department, 40: Gamma ray detector, 50: Electron beam accelerator control section, 60: Data processing section, 70: Condition evaluation section, 80: Dose rate meter (dose measurement vessel)
Claims (9)
前記放射性核種製造部に含まれる核種から放出されるガンマ線を検出するガンマ線検出器と、当該ガンマ線検出器の出力を用いて前記放射性核種製造部の状態を判定する状態評価部と、前記ガンマ線検出器の出力を用いて、ガンマ線のエネルギに対応した波高値スペクトルのピークのピーク計数率を算出するデータ処理部をさらに備え、
前記放射性核種製造部は、原料核種としてラジウム226を含み、
前記データ処理部は、前記原料核種から放出されるガンマ線のエネルギに対応したピークのピーク計数率の時間的変化を算出し、
前記状態評価部は、前記データ処理部が算出した前記ピーク計数率の時間的変化をもとに前記放射性核種製造部の状態を判定する
ることを特徴とする放射性核種製造システム。 A radionuclide production system comprising an electron beam accelerator, a target that receives an electron beam irradiated from the electron beam accelerator and emits bremsstrahlung radiation, and a radionuclide production unit disposed in the direction of movement of the bremsstrahlung radiation. hand,
a gamma ray detector that detects gamma rays emitted from nuclides contained in the radionuclide production section; a state evaluation section that determines the state of the radionuclide production section using the output of the gamma ray detector ; and the gamma ray detector. further comprising a data processing unit that calculates the peak count rate of the peak of the peak value spectrum corresponding to the energy of the gamma ray using the output of the
The radionuclide production unit includes radium-226 as a raw material nuclide,
The data processing unit calculates a temporal change in a peak count rate of a peak corresponding to the energy of gamma rays emitted from the raw material nuclide,
The condition evaluation section determines the condition of the radionuclide production section based on the temporal change in the peak count rate calculated by the data processing section.
A radionuclide production system characterized by:
前記電子線加速器を断続的にオフ又は低電流状態に切り替える切替制御部をさらに備え、
前記状態評価部は、前記電子線加速器がオフ又は低電流状態のときに前記ガンマ線検出器が検出したガンマ線の検出結果を用いて、前記放射性核種製造部の状態の判定を行うことを特徴とする放射性核種製造システム。 The radionuclide production system according to claim 1,
further comprising a switching control unit that intermittently switches the electron beam accelerator off or into a low current state,
The condition evaluation section is characterized in that the state of the radionuclide production section is determined using the detection result of gamma rays detected by the gamma ray detector when the electron beam accelerator is off or in a low current state. Radionuclide production system.
前記ガンマ線検出器の外周に、前記放射性核種製造部からのガンマ線以外の放射線を遮蔽する遮蔽体をさらに備えることを特徴とする放射性核種製造システム。 The radionuclide production system according to claim 1,
A radionuclide production system, further comprising a shielding body around the gamma ray detector that blocks radiation other than gamma rays from the radionuclide production unit.
前記放射性核種製造部と前記ガンマ線検出器との間に、前記放射性核種製造部からのガンマ線以外の放射線を制限するコリメータをさらに備えることを特徴とする放射性核種製造システム。 The radionuclide production system according to claim 1,
A radionuclide production system further comprising a collimator between the radionuclide production unit and the gamma ray detector that limits radiation other than gamma rays from the radionuclide production unit.
前記ガンマ線検出器は、前記放射性核種製造部の中心と前記ガンマ線検出器の中心とを結ぶ線の、前記制動放射線の進行方向に対する角度が30度以上となる位置に設置されていることを特徴とする放射性核種製造システム。 The radionuclide production system according to claim 1,
The gamma ray detector is installed at a position where a line connecting the center of the radionuclide manufacturing unit and the center of the gamma ray detector makes an angle of 30 degrees or more with respect to the traveling direction of the bremsstrahlung radiation. radionuclide production system.
複数の前記ガンマ線検出器を備えることを特徴とする放射性核種製造システム。 The radionuclide production system according to claim 1,
A radionuclide production system comprising a plurality of the gamma ray detectors.
前記ターゲットからの制動放射線の線量又は線量率を検出する線量測定器をさらに備えることを特徴とする放射性核種製造システム。 The radionuclide production system according to claim 1,
A radionuclide production system further comprising a dosimeter that detects the dose or dose rate of bremsstrahlung radiation from the target.
前記原料核種及び前記製造核種を含む少なくとも1種の放射性核種から放射されるガンマ線を検出し、
前記原料核種からのガンマ線のエネルギに対応する波高値スペクトルのピークのピーク計数率を算出し、
当該ピーク計数率の時間的変化を用いて、放射性核種の製造状態の健全性を評価することを特徴とする放射性核種の製造方法。 A method for producing a radionuclide, the method comprising: irradiating a target with an electron beam accelerated by an electron beam accelerator, and thereby irradiating a raw material nuclide with bremsstrahlung radiation generated from the target to produce at least one production nuclide,
Detecting gamma rays emitted from at least one type of radionuclide including the raw material nuclide and the production nuclide,
Calculating the peak count rate of the peak of the peak value spectrum corresponding to the energy of gamma rays from the raw material nuclide,
A method for producing a radionuclide, characterized in that the soundness of the production state of the radionuclide is evaluated using the temporal change in the peak count rate.
放射性核種から放出されるガンマ線の検出を、前記放射性核種からの位置が異なる複数個所で行い、複数個所の検出結果をもとに、放射性核種の製造状態を判定・評価することを特徴とする放射性核種の製造方法。 A method for producing a radionuclide according to claim 8, comprising:
A radioactive substance characterized by detecting gamma rays emitted from a radionuclide at multiple locations different from the radionuclide, and determining and evaluating the production status of the radionuclide based on the detection results at the multiple locations. Method for producing nuclides.
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