WO2007040024A1

WO2007040024A1 - 放射性同位元素製造装置、及びターゲットのリサイクル方法

Info

Publication number: WO2007040024A1
Application number: PCT/JP2006/318124
Authority: WO
Inventors: Kazuki Tsuchida; Takashi Okazaki; Hirofumi Seki; Kikuo Umegaki
Original assignee: Hitachi, Ltd.
Priority date: 2005-09-30
Filing date: 2006-09-13
Publication date: 2007-04-12
Also published as: JP2007101193A; JP4099187B2

Abstract

　ガン検診や脳や心臓の新陳代謝を検査するＰＥＴ診断を行う放射性同位元素製造装置に関し、高収率で安定的に供給することが可能で、かつターゲットの寿命も長い放射性同位元素製造装置を提供する技術である。　加速器により加速したイオンビーム(R)が照射されると放射性同位元素を生成する原料水(W)が封入されるターゲット(20)が、真空領域(U)及び原料水(W)の境界を形成するとともにイオンビームが透過する透過フォイル(22)と、透過フォイル(22)と共に原料水(W)が封入されるスペース(S)を形成するボディ基板(24)と、を有し、ボディ基板(24)及び透過フォイル(22)のスペース(S)の側表面が、金、白金、パラジウムの群から選択される少なくとも一つの貴金属材からなることを特徴とする。

Description

明細書

放射性同位元素製造装置、及びターゲットのリサイクル方法

技術分野

[0001] 本発明は、ガン検診や脳や心臓の新陳代謝を検査する PET診断において、患者に注射する放射性薬剤を製造する放射性同位元素製造装置に関し、特に、 18F放射性同位元素を得るために、原料となる 180濃縮水 (原料水）を封入するとともにィオンビーム（陽子線)が照射されるターゲットに関する技術である。

背景技術

[0002] ¹⁸F放射性同位元素（以下、 F— 18という）のポジトロン放射を利用した、患者の断層撮影による診断（以下、 PET(Positron Emission Tomography)診断という）を実施することにより、有効なガン診断が可能であることが知られている。このため、 PET診断は、米国、欧州に加え日本国内の核医学分野で多数利用され始めている。

[0003] 患者に注射する F— 18を含む放射性薬剤は、水素イオンを加速器で加速してなるイオンビームを、 ¹⁸0水（以下、 O— 18水 (原料水））が封入されているターゲットに照射して、 ¹⁸0 (p、 n) ¹⁸F反応により製造される。

[0004] 近年、 PET診断のニーズの増加に対応して PET診断装置を導入する病院 ·医療センターが増加するのに伴い、 F— 18を高収率で安定的に供給することが可能な放射性同位元素製造装置が求められている。

[0005] ところで、 F— 18の収量を向上させるためには、ターゲットに照射するイオンビームの出力を増カロさせることが考えられる。しかし、イオンビームの出力を増加させると O 18水 (原料水）の一部が気化して沸騰するのでボイド (気泡）が形成される。このようなボイドが、ターゲットの内部で多数発生したり大きく成長したりすると、このボイドにより押しのけられてビーム照射を受けることができない O— 18水 (原料水）が増加して F— 18の収率が低下する問題が生じる。

[0006] この問題は、特に、高価な O— 18水（原料水）の使用量低減を目的として、 O— 18 水が封入されるスペースを薄厚にして低容量ィ匕した薄型ターゲットを用いる場合に顕著にあらわれる。 [0007] つまり、ターゲットの内部で O— 18水 (原料水）が沸騰して蒸気のボイドが発生すると、その直径はターゲット内部のスペースの幅より大きい場合があるので、ターゲットに照射されたイオンビームは、 O— 18水 (原料水）が存在しない領域を、何ら反応に関与せずに通過してしまうことがありうる。

[0008] 特に、エネルギーが高いイオンビームの中心部が照射されるターゲットのスペースの部分領域では O— 18水が排除されてしまい、イオンビームのエネルギーが有効利用されないのみならず、 F— 18の収量低下に大きく寄与してしまうことが問題である。

[0009] このように F— 18の収量が低下することを防止するために、従来のターゲットは、熱伝導率の大きな銀、ニオブ材、又はアルミニウムなどを用いて、昇温した O— 18水（原料水）の冷却特性を向上させたり、スペースに封入されている O— 18水を Arや He ガスなどで加圧してその沸点を 200°C以上に上げたりして、 O— 18水の沸騰によるボイドの発生を極力低減させることに努めてきた。

[0010] 特許文献 1 :米国特許第 5, 917, 874号明細書 (第 2列， 56— 58頁、第 3図）

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0011] しかし、ターゲットに封入した O— 18水 (原料水）にボイドが発生することを完全に阻止することは不可能である。このため、スペース壁面の銀やニオブ材カボイド中の水蒸気にさらされた状態で、イオンビームの照射を長時間にわたり受けると、その壁面が腐食 (酸化)するとともに、 O— 18水中に溶出して微粒子となって析出することになる。

[0012] このように、ターゲット内部のスペース壁面の水蒸気による酸ィ匕反応が進行すると、同時に水の分解 (還元）が副反応として進行し、新たな分解ガス (水素ガス）が生成すること〖こなる。これにより、ボイドがさらに成長することになり、 F— 18の収率の低減に拍車が力かるとともに、ターゲット圧力が急上昇してイオンビームの照射の継続が困難になるなどの問題が生じた。

[0013] さらに、銀やニオブ材で構成された従来のターゲットでは、その表面が腐食して堆積した腐食生成物 (微粒子)を除去するために、その表面を研磨剤でこすって平滑にするメンテナンスを頻繁に行う必要があり、ターゲットが磨耗して寿命が短くなる等の問題があった。また、この腐食生成物が O— 18水を取り出す配管内に堆積すると配管がつまる問題をおこしていた。

[0014] 本発明は、係る問題を解決することを課題とし、放射性同位元素の原料水を封入するターゲットを構成する材質に改良を加えることにより、放射性同位元素を高収率で安定的に供給することが可能で、かつターゲットの寿命も長い放射性同位元素製造装置を提供することを目的にする。

課題を解決するための手段

[0015] 前記した課題を解決するために本発明は、放射性同位元素製造装置において、ィオンビームを出射するイオン源と、前記イオン源から出射された前記イオンビームが加速される真空領域を有する加速器と、加速した前記イオンビームが照射されると放射性同位元素を生成する原料水が封入されるターゲットと、を備え、前記ターゲットは、前記真空領域及び前記原料水の境界を形成するとともに前記イオンビームが透過する透過フォイルと、前記原料水が封入されるスペースを前記透過フオイルと共に形成するボディ基板と、を有し、前記ボディ基板は、金、白金、パラジウムの群から選択される少なくとも一つの貴金属材カもなることを特徴とする。

[0016] 本発明がこのような構成を有することにより、ターゲットに封入される原料水に接する壁面は、水蒸気に対する耐食性の高い貴金属材から構成されることになる。これにより、原料水の中でボイドが大きく成長することがないので、原料水は全体にわたりィオンビームの照射を受けることができる。

発明の効果

[0017] 本発明によれば、 PET診断に用いる放射性薬剤を製造するに際し、ターゲットに封入された原料水 (O— 18水）にイオンビームを照射しても、放射性同位元素を高収率で安定的に供給することが可能で、かつターゲットの寿命も長い放射性同位元素製造装置が提供される。

図面の簡単な説明

[0018] [図 1]本発明の実施形態に係る放射性同位元素製造装置の断面図である。

[図 2A]本発明で用いられるターゲットの側面断面図である。

[図 2B]本発明で用いられるターゲットの正面図である。 [図 3]ビームエネルギーの強度に対する F— 18の生成核反応断面積を表すグラフである。

[図 4A]イオンビームが O— 18水を通過する際、透過する距離に対し減衰するェネルギ一の強度を表すグラフである。

[図 4B]イオンビームが O— 18水を通過する際、エネルギーの単位距離あたりの減衰量を表すグラフである。

[図 5]100, 80, 60, 40 Aの異なる値を示す加速器出力ビーム電流が照射される時間に対し、 F— 18の生成量を表すグラフである。

圆 6]本発明のターゲット、従来のターゲットを使用した場合を対比して、加速器出力ビーム電流に対する飽和収率の変化を示すグラフである。

圆 7]本発明のターゲット、従来のターゲットを使用した場合を対比して、加速器出力ビーム電流に対するターゲット内部の圧力変化を示すグラフである。

圆 8]従来のターゲットを使用した際に、その表面に付着する微粒子の成分分析結果を示すデータである。

圆 9]本発明の放射性同位元素製造装置のターゲットを構成するのに最適な材質にっ、て検討した結果を示す表である。

符号の説明

10 放射性同位元素製造装置

11 イオン源

12 加速器

20 ターゲット

21 支持グリッド

22 透過フォイル

24 ディ基板

27 通過口

R イオンビーム

S スペース

U 真空領域 w 原料水

発明を実施するための最良の形態

[0020] 本発明の実施形態に係る放射性同位元素製造装置について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。

[0021] 図 1に示すように、本実施形態の放射性同位元素製造装置 10は、イオン源 11、高周波四重極型線形加速器（Radio Frequency Quadrupole、以下、 RFQと称す） 12a、ドリフトチューブ型線形加速器 (Drift Tube Linac、以下、 DTLと称す） 12bおよびターゲット 20を有する。なお、この RFQ12aと DTL12bとの組み合わせにより本発明における加速器 12が形成されている。

[0022] イオン源 11は、イオンとなる源物質 (ここでは水素ガス）をイオン化して陽イオンのィオンビーム Rとして引き出す役割をなし、その周囲には、質量により所望のイオンのみを選択的に取り出す図示しな!、マグネットやイオンビーム Rを整形する図示しな！ヽ静電レンズ、さらにはイオンビーム発生部等が設けられている。

[0023] なお、イオン源 11には、熱陰極方式のデュオプラズマトロン型イオン源または PIG 型イオン源を使用することができる。また、長寿命で大電流を発生することのできるマイク口波放電型イオン源を使用することもできる。

[0024] RFQ12aは、このイオン源 11の後段に設けられ、イオン源 11から出射されたイオンビーム Rを所定のエネルギーまで加速させるものである。 RFQ12aの内部には、波形状の四重極電極を有する真空チャンバが備えられて！/ヽる。この四重極電極によりィォンビーム Rの進行方向と直角な方向に四重極電界が形成され、イオンビーム Rが集束されながら加速される。

[0025] なお、ここで使用される RFQ 12aに替えて、六極以上の偶数の磁極を持つ多重電極型の高周波加速器を用いてもよぐこれら以外の高周波加速器を用いることもできる。

[0026] DTL12bは、 RFQ 12aでカ卩速されたイオンビーム Rを入射して、さらに加速するものである。 DTL12bの内部の中心には、複数個のドリフトチューブ 14が軸方向に並んで配置されている。このドリフトチューブ 14の内部には、図示しない四極電磁石が組み込まれていて、イオンビーム Rは、このドリフトチューブ 14内を通過する際に、収束を受ける。そして、このドリフトチューブ 14, 14の間で、イオンビーム Rの加速が行われる。

[0027] このような RFQ12aおよび DTL12bは、組み合わされて、最終的に 7MeV程度の高工ネルギ一のイオンビーム Rを生成する線形加速器 (加速器） 12として機能する。なお、本実施形態で用いられる加速器は、このような線形加速器に限定されるものではなぐサイクロトロンが用いられる場合もある。

[0028] ターゲット遮へい体 13は、その中心部にターゲット 20を格納し、このターゲット 20にイオンビーム Rが入射すると同時に発生する人体に有害な放射線を外部に漏らさない役目を果たすものである。

[0029] ターゲット 20は、図 2 (a)に示すように、支持グリッド 21と、透過フオイル 22と、ボディ基板 24と、筒状体 28とから構成されるものである。

[0030] ボディ基板 24には、原料水 Wが封入されるスペース Sが設けられている。このボディ基板 24に設けられている送液流路 26aは、原料水 Wがスペース Sに注入されたり、この原料水 Wが放射性元素に変換された後に回収されたりするときに流動する流路である。また、ガス導入路 26bは、スペース Sに封入されている原料水 Wを加圧するためのアルゴンガスが導入される導入路である。さらにボディ基板 24には、イオンビーム Rが照射されて、上昇した温度を下げるための冷媒 Eが循環する冷却路 25aが形成されている。

[0031] スペース Sは、イオンビーム Rの入射面の直径が 20〜30mm程度、同入射方向の深さが 0. 3〜0. 4mmである薄肉構造を有するものである。このような構造は、低ェネルギ一で、イオンビーム Rの飛程が短ぐビーム径 '形状を調整することが可能な（いずれもサイクロトロンと比較した場合）、前記したような線形加速器 12にとつては適した構造といえる。その理由については、後記する実施例の部分で検証されている。

[0032] さらに、スペース Sに、封入される 1回の原料水 Wの量は 0. 5cc以下であり、高価な原料水 Wの使用量をおさえつつ所定の収量の F— 18を製造することが可能になる。これは、サイクロトロン方式で通常用いられる厚型ターゲットと比較して、同量の F— 1 8を得るに当たり使用する原料水を 1Z4程度まで低減することができる。

[0033] また、スペース Sに封入されて、る原料水 Wは、温度上昇して沸騰による気泡が発生しな、ように、ガス導入路 26bから導入されるアルゴンガス (Ar)で加圧されるとともに、冷却路 25a, 25bを循環する冷媒 Eにより冷却される。そして、変換された放射性同位元素を含む水は、ガス導入路 26bから導入されるアルゴンガスの加圧下でバルブ 28bを解放することにより、送液流路 26aを通じて、合成装置 29に回収されることになる。

[0034] また、イオンビーム Rが照射されて原料水 Wの温度が上昇するのを抑制するためには、原料水 Wの熱がターゲット 20の外部に逃げやすいようにターゲット 20が熱伝導性の良い材料で構成されることが望ましい。さらに、原料水 Wが接するスペース Sの外壁は、化学的に安定で耐食性の高い材料で構成されることが望ましい。

[0035] そこで、ボディ基板 24は、金、白金、パラジウムの群力も選択される少なくとも一つの貴金属材カも構成されていることにする。これにより、イオンビーム Rが照射されて原料水 Wが温度上昇により沸騰して気泡 (水蒸気)を発生しても、この水蒸気によりスペース Sの壁面が腐食されることがない。また、生成した放射性同位元素とィ匕合物を形成することもない。

[0036] 透過フオイル 22は、スペース Sの真空領域 U側の側面を密閉状に仕切る境界を形成するものであって、照射されるイオンビーム Rが透過するものである。この透過フォィル 22は、チタン製又は Havar製の薄膜で構成されている。また、この透過フオイル 22のスペース Sを形成する壁面は、金、白金、パラジウムの群力も選択される少なくとも一つの貴金属材によりコーティングされている。これにより、透過フォイル 22の表面も、原料水 Wに発生した気泡 (水蒸気)や、生成した放射性同位元素 (F— 18)と反応することがない。

[0037] 支持グリッド 21は、図 2 (b)に示すように、照射するイオンビーム Rを通過させるため、その裏表を貫通する複数の通過口 27, 27…が設けられている。支持グリッド 21は、透過フオイル 22に対して真空領域 U側に接して設けられ、スペース Sに封入された原料水 Wの圧力により透過フオイル 22が降伏しな、ように押さえつけて支持するものである。さらに、支持グリッド 21は、イオンビーム Rの照射により昇温した原料水 Wの熱を外部に逃がす熱伝導体としての役目も果たす。

[0038] このため、支持グリッド 21は、熱伝導性、及び高温における機械的特性がバランスよく優れた材質で構成されることが望まれ、例えば DS Copper (アルミナ分散強化銅 )又はクロム銅が用いられている。さらに支持グリッド 21の表面は、金によりコーティングされており、これにより、透過フオイル 22との熱接触性を向上させたり、支持グリッド 21の放射化を抑制したりすることが可能になる。

[0039] 筒状体 28は、冷媒 Eが通流する冷却路 25bが設けられており、その端部がボディ基板 24に接し、支持グリッド 21を介して伝達される原料水 Wの熱を吸収するものである。

[0040] 原料水 Wは、 O— 18水が濃縮して含まれる水溶液であり、送液流路 26aからターゲット 20のスペース Sに封入される。そして、ターゲット 20がイオンビーム Rの照射を受けると、このイオンビーム Rは、支持グリッド 21の通過口 27, 27· ··、透過フォイル 22を透過して、この原料水 Wに衝突し、 O— 18水が核反応して、放射性同位元素である F— 18が放射性同位元素として生成することになる。

[0041] 次に、図 1,図 2を参照して、以上のように構成された放射性同位元素製造装置 10 の動作を説明する。

[0042] まず、放射性同位元素製造装置 10を作動させるにあたって、事前に、ターゲット 20 をターゲット遮へい体 13内に収容しておく。

[0043] 図示しない作動スィッチを操作すると、 RFQ12a、 DTL12bに対して、所定の高周波電力がそれぞれ供給され、 RFQ12a、 DTL 12bのそれぞれに電界が形成される。その後、イオン源 11に所定の電力を供給する。これにより、イオン源 11のイオンビーム発生部（図示せず)から出射されたイオンビーム Rが RFQ 12aによって所定のエネルギ一まで加速される。加速されたイオンビーム Rは、 RFQ 12aから出射されて後段の DTL 12b〖こ入射され、 DTL 12bでさらに加速される。

[0044] このようにして加速されて高エネルギーとなったイオンビーム Rは、ターゲット 20内の原料水（O— 18水) Wに照射される。そして、イオンビーム Rが O— 18水に照射すると、核反応により F— 18が生成される。

[0045] このようにして、 F— 18が生成される過程において、ターゲット 20の内部で原料水 Wの温度は上昇するが、冷媒 Eにより冷却されているボディ基板 24や支持グリッド 21 を経由して熱が外部に逃げるので、到達温度が低く抑えられる。さらに、スペース S内は、図示しない配管力供給されるアルゴンガスにより圧力が高く設定されているために、原料水 Wの温度が 200度を超えた程度では、気泡が発生することがない。

[0046] そして、原料水 Wの到達温度が、スペース S内の圧力における飽和蒸気温度を超えたところで、水蒸気の気泡が発生する。この水蒸気の気泡はスペース Sの壁面に付着するが、この壁面は、貴金属材 (金、白金、パラジウムのうちの一種以上)で構成されているので、水蒸気がこの壁面と反応することがない。すなわち、従来品のように、スペース Sの壁面が銀材カもなる場合と異なり、壁面が酸化されて微粒子状に剥がれたり、水蒸気が還元されて分解ガス (水素ガス)を生成して気泡がさらに成長したりするようなことがない。

[0047] このように、スペース Sの内部で、水蒸気の気泡が発生したとしても、その気泡がさらに大きく成長しないので、封入された原料水 Wは、ほとんど除外されることなくィォンビーム Rの照射を受けるので、生成する F— 18の収率が低下することがない。

[0048] このようにして、所望する収量の F— 18が得られたところで、送液流路 26aから F— 18を含む濃縮水がバルブ 28bを通り放射性薬剤の合成装置 29に送られ、 F— 18を含む濃縮水から F— 18が抽出される。なお、 F— 18へ核反応しなかった残りの O—l 8水は、非常に高価であるため、サイクロン等で用いられる厚型ターゲットを使用している場合は、通常、蒸留または精製の工程を経たのち、回収してターゲット 20内で再利用される。しかし、本実施形態で用いられている薄型ターゲットでは F— 18への変換率が高いので、 F— 18へ核反応しな力つた残りの O— 18水を再利用しなくても経済性を大きく損なうことはな、。

[0049] 前記した実施形態においては、スペース Sが形成されるボディ基板 24の全体を貴金属材料で構成した例を示したが、他の実施形態として、ボディ基板 24の本体部を高熱伝材で形成し、原料水 Wが接するスペース Sの表面を少なくとも貴金属で構成する場合もある。

[0050] 具体的には、ボディ基板 24の本体部を銀、銅、アルミニウム、チタン等の低コストな高熱伝導材で構成し、その表面を貴金属物質 (金、ノジウム、白金)でメツキや蒸着によるコーティングをしたり、圧着接合により複合化させたりすることが考えられる。

[0051] まず、銀材等で構成されたボディ基板 24の本体表面へのメツキを施工する場合について検討する。この場合、メツキ厚は、ターゲット 20の長寿命化及び放射化低減の観点から 10〜： L00 mの範囲内であることが望ましい。この範囲よりメツキが薄いと、コーティングの効果が充分に発揮されず、ボディ基板 24の本体表面の銀材の腐食が進行する場合がある。一方、この範囲よりメツキが厚くなると、表面が曇ってざらついた面になり、 F— 18がトラップされてしまう傾向が顕著になる。

[0052] このような、メツキ表面のざらつきを回避するためには、メツキ施工に用いるメツキ液は、含まれる金メッキ粒子が極力小さなものを選定するとともに、メツキ物（ボディ基板 24の本体）に対し等方的にメツキ液が当たるようにノズル噴射型のメツキ装置を使用することが望ましい。また、メツキ膜を肉厚にすると膜中にメツキ液が閉じこめられる可能性があるため、劇毒物が含まれな!/、メツキ液を選定する必要がある。

[0053] また、銀材等で構成されたボディ基板 24の本体表面への金蒸着を施工する場合は、スペース Sから通じる送液流路 26a及びガス導入路 26bの孔の内壁まで金を蒸着させることができないので、必要に応じてメツキ加工と併用する必要がある。

[0054] 次に、銀材等で構成されたボディ基板 24のスペース Sの表面を圧着接合による複合化により形成する場合について検討する。この圧着接合による複合化方法の一例として、高温等方加圧 (HIP : Hot Isostatic Press)圧着法が挙げられる。具体的な複合ィ匕によるターゲット 20の製作方法としては、ボディ基板 24及び圧着する金部材を 8 00°C以上に加熱し、約 2千気圧で圧着する条件がとられ、これにより十分な接合面が形成されることが確認されて、る。

[0055] 以上述べたように、本実施形態に用いられるターゲット 20において、原料水 Wが接触する壁面が貴金属物質 (金、パラジウム、白金)で形成されることにより、その表面が腐食されることがなくなる。このため、金で構成されたターゲットの表面は長時間の使用でも殆ど劣化せず、腐食生成物も付着しないため、有機溶剤、お湯、水等で超音波洗浄するだけでクリーニングが簡略ィ匕される。よって、ターゲット 20は、そのメンテナンスの頻度や所要時間が短縮されるとともに、長寿命化がはかれることになる。なお、万が一、ターゲット 20の表面に傷が入ったり、堅く付着した不純物が生じたりした場合には、その表面を荒らさずに除去するために、電解研磨により再生することが好ましい。 [0056] 本実施形態に係る放射性同位元素製造装置は、以上述べたように、ボディ基板 24 により形成されるスペース Sの壁面部分が、水蒸気に対する耐食性に優れる貴金属（金、ノ《ラジウム、白金）により構成されることになる。これにより、ターゲット 20に封入された原料水（O— 18水）にボイドが発生して、スペース Sの壁面が水蒸気にさらされても、この壁面が腐食したり、新たな分解ガスが発生してボイドが成長したりすることがなくなる。

[0057] さらに、スペース Sの壁面部分力貴金属 (金、パラジウム、白金）により構成されることにより、耐食性以外にも、（1)生成した F— 18のフッ素と化学反応しない、（2)熱伝導性が良いために原料水 W(0— 18水）の温度上昇が抑制される、（3)イオンビームの照射による放射化が少な、、（4)装置を通過するような金属不純物を生成しな!、、といった優れた特徴もターゲット 20は、あわせもつこととなる。

[0058] 金、ノ《ラジウム、白金等のような貴金属でターゲット 20を構成する際、高コスト化に対する課題の解決が避けられない。前記したように、ターゲット 20は、使用により劣化が進行する消耗品であるといえるので、使用が所定期間経過したボディ基板 24に関しては、溶融して新たなボディ基板 24を製造するリサイクルを行うことが望ま、とヽえる。

[0059] ところで、ターゲット 20にイオンビーム Rが照射され続けて、含有される金の一部が核変換されて生成する水銀の放射性同位体は、 64. 1時間毎に半減するので約 1年間放置することにより、そのほとんどすべてが金に戻り安定ィ匕する。そうすれば、一般に作業が行われている場所で、金を含有するターゲット 20をリサイクルする為の、溶融、不純物除去、铸込み、鍛造、圧延等の加工を安全実施することが可能となる。

[0060] 特に、ボディ基板 24の構成材カ金又は白金である場合は、それらの構成材は放射線強度の減衰時間が短いことを利用して回収 '溶解が容易である。

[0061] このようにして、リサイクルに力かるコストは、補充する金を含めても、 1個の銀ターゲット材料を購入する金額で、 10個の使用済みターゲット 20を再生することが可能であると概算される。なお、同様のリサイクルは、白金でも可能であるが、パラジウムの場合、長半減期の核種が生成するためリサイクルは難しい。

実施例 [0062] 次に、図 2と適宜他の図面を参照して、本実施形態品の効果を検証するとともに、従来品と対比してその効果を確認した。

[0063] ここで、本実施形態品とはボディ基板 24を金 (99. 99%)で構成したもの、従来品とは銀一ニオブ合金で構成したものをさす。

[0064] 図 3に示されるように、原料水 Wにイオンビーム Rが照射されることにより O— 18水から F— 18に核変換される反応確率は、このイオンビーム Rのエネルギーが 5— 6Me Vで最大となり、 3MeV以下の低エネルギーでは小さくなることがわ力る。

[0065] 一方、図 4に示すように、ターゲット 20にイオンビーム Rが照射されると、 O— 18水を通過する過程で、ビームエネルギーは減衰することになる。ここで、ターゲット 20に入射時のエネルギーが 6. 5MeVとした場合、約 0. 43mmの厚さの水を通過したところでイオンビームのエネルギーは 3MeVになり、図 3で示した結果と照らして、約 0. 43 mm以上の領域では、 F— 18を生成することができないことがわかる。

[0066] さらに図 4 (a)において、深さ方向 0. 43mm以上の領域では、 3MeV以下の低ェネルギ一のイオンビーム Rは、原料水 W(0— 18水）を加熱させるだけとなり、ボイド発生の要因となる。さらに図 4 (b)で示される 0. 55mm近傍のブラックピークが存在する領域では、原料水 W(0— 18水）を加熱するのに消費されるエネルギーの量が最大となるのでボイドの発生も最大となる。

[0067] この検証結果に基づいて、ターゲット 20は、図 2に示すように、原料水 Wが封入されるスペース Sが薄肉な構造.寸法をとるわけである。

[0068] また、イオンビーム Rの照射を開始して力もターゲット 20の内部で生成する F— 18 の生成量の経時的変化は、図 5に示される評価グラフで表される。この評価グラフによれば、カロ速器出力ビーム電流力40, 60, 80, 100 Aのように大さくなるほど、 F —18の生成量が増加するといえる。なお、この評価グラフは、加速器 12から出力されたイオンビーム R力透過フオイル 22及びこれを支持する支持グリッド 21を通過する透過率を 62%として作成されている。この図 5の評価グラフより、 100 /z Aのカロ速器出力ビーム電流が 1時間照射されることでターゲット 20の内部には lCi (37GBq)の F— 18が生成されることが読み取れる。

[0069] 通常、 PET診断の現場では、一回の検査に力かる時間と、患者に投入される F— 1 8の量との関係から、放射性同位元素製造装置 10に求められる F— 18の製造能力は、 1時間当たり ICi程度（ICiZh)であるといわれている。このような F— 18の製造能力が確保されるためには、図 5の評価グラフの結果より、加速器出力ビーム電流が 100 Aで付与されていることが必要条件となる力前提条件として（1)所定のエネルギ一のイオンビームが O— 18水へ有効に照射されて、ること（2) O— 18水の厚さが O— 18水中のイオンビームの飛程程度確保されていること（3)ビーム照射される領域の O— 18水の密度が維持されていること (4)製造された F— 18水がターゲット内から効率良く取り出せることが要件である。

[0070] すでに前記したように、イオンビームを照射することで、ターゲット 20に封入された原料水 Wの内部にボイドが発生 '成長してしまうことは、これら（1)〜 (4)に記載した要件の阻害要因になり得る。このため、ボイドの発生 ·成長を抑えて、スペース S内における原料水 W(0— 18)の密度を確保できるようなターゲット 20の材質が選定されることが必要となるわけである。

[0071] 図 6は、従来品のターゲットと本実施形態品のターゲットにより、製造された F— 18 の飽和収率を対比させたものである。ここで、 F— 18の飽和収率とは、 F- 18の β崩壊時間（110分）に比べ十分長、時間ビーム照射を続けると Ο— 18水中に存在する F— 18の生成量と崩壊量がバランスして殆ど一定となった際の F— 18の量を、入射する陽子ビーム電流で規格ィ匕したものである。

[0072] これによれば、本実施形態では、加速器出力ビーム電流を上昇させても、飽和収率が一定値で維持されるのに対し、従来品 1では、飽和収率は加速器出力ビーム電流の上昇とともに低下する傾向が得られた。そして、従来品 2の構成のようにさらに支持グリッド 21の材質を熱伝達の悪、SUS材を用いたものとした場合は、原料水 Wにボイドがより多く発生するので飽和収率はさらに低下する結果が得られている。

[0073] この結果より、加速器出力ビーム電流を、 F—18の製造能力の目標値である ICiZ hを達成するために必要な 100 μ Αにした場合、本実施形態品では F— 18の収量が理論値通りに得られて、るのに対し、従来例では理論値通りに得られて、な、ことがゎカゝる。

[0074] 図 7は、従来品のターゲットと本実施形態品のターゲットを用いた場合において、ビーム電流を変化させた場合のターゲット内部の圧力変化を検出した結果である。この結果、本実施形態品では、ビーム電流に対し、直線的に圧力が変化するのに対し、従来例では 60 Aを境に圧力が急上昇することがわかる。

[0075] この本実施形態品における直線的な圧力変化は、原料水 Wの温度上昇に伴う水蒸気のボイド発生によるものと考えられ、従来品における圧力の急上昇カーブは、水蒸気とこれに接するターゲット 20の壁面との反応による反応ガス (水素ガス）が生成してボイドがさらに成長したことに関連するものと考えられる。

[0076] なお、従来品と本実施形態品のターゲットを同じ条件で、所定期間、使用し続けたところ、従来品のターゲットではその表面に微粒子の付着が確認されたが、本実施形態品ではそのような微粒子は確認されな力つた。従来品のターゲットに付着したこの微粒子の成分分析を行ったところ、図 8に示すように、ターゲットと同じ成分力もなることが判明し、ターゲットの壁面力も剥がれたものであることが判った。これより、従来のターゲットでは、イオンビームの照射の下、原料水 Wと壁面が反応して壁面を腐食する力本実施形態ではそのような現象が発生しないことが実証された。

[0077] 図 9に示すように、以上の検証をふまえて、ターゲット 20のボディ基板 24を構成する材質として、水蒸気に対する耐食性、熱伝導性、 F (フッ素）との化合物形成の観点から比較検討した結果、金が最も優れ、続いてパラジウム、白金とする結果が得られた。なお、これら 3つの材料の内で最も熱伝導性の悪い白金においてさえ、現在汎用されて、るニオブ材と同程度の冷却性が確保できると考えられて、る。

[0078] ここで、◎は極めて優れた性質を示し、〇は使用可能であることを示し、△は性能に不満があることを示し、 Xは使用不可能であることを示し、？は実験を行っていないことを示している。

Claims

請求の範囲

[1] イオンビーム (R)を出射するイオン源 (11)と、

前記イオン源から出射された前記イオンビームが加速される真空領域を有する加速器 (12)と、

加速した前記イオンビームが照射されると放射性同位元素を生成する原料水が封入されるターゲット (20)と、を備え、

前記ターゲットは、

前記真空領域 (U)及び前記原料水 (W)の境界を形成するとともに前記イオンビームが透過する透過フオイル (22)と、

前記原料水が封入されるスペースを前記透過フオイルと共に形成するボディ基板 (2 4)と、を有し、

肯 U 己ボティ基板は、

金、白金、パラジウムの群力選択される少なくとも一つの貴金属材力なることを特徴とする放射性同位元素製造装置。

[2] イオンビームを出射するイオン源 (11)と、

前記ターゲットは、

前記真空領域及び前記原料水の境界を形成するとともに前記イオンビームが透過する透過フオイル (22)と、

前記原料水が封入されるスペースを前記透過フオイルと共に形成するボディ基板 (2 4と、を有し、

肯 U 己ボティ基板は、

銀、銅、アルミニウム、チタン、二オビゥムの群力も選択される少なくとも一つの高熱伝導材からなる本体部と、

前記本体部のうち、少なくとも前記スペースが形成されている表面が、金、白金、パラジウムの群力選択される少なくとも一つの貴金属材力形成されていることを特徴とする放射性同位元素製造装置。

[3] 前記貴金属材は、前記本体部の表面にメツキ、蒸着、圧着接合のうちいずれかの手法により設けられることを特徴とする請求項 2に記載の放射性同位元素製造装置。

[4] 前記透過フオイルの前記スペースを形成する側の面は、金、白金、ノラジウムの群力も選択される少なくとも一つの貴金属材によりコーティングされていることを特徴とする請求項 1に記載の放射性同位元素製造装置。

[5] 前記透過フオイルを前記真空領域側力も支持するとともに、前記イオンビームが通過する複数の通過口が設けられている支持グリッドと、を有し、

前記支持グリッドの表面は、金によりコーティングされていることを特徴とする請求項

1に記載の放射性同位元素製造装置。

[6] 請求項 1に記載の放射性同位元素製造装置で用いられた使用済みの前記ボディ基板を回収し、その表面を電解研磨して再生することを特徴とするターゲットのリサイクル方法。

[7] 請求項 1に記載の放射性同位元素製造装置で用いられた使用済みの前記ボディ基板を回収し、これを溶解させる工程を経た後、新たなボディ基板を製造するための原料として用いることを特徴とするターゲットのリサイクル方法。