| 【発明の名称】 |
同位体核種製造装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】岡崎 隆司
【氏名】真木 紘一
【氏名】竹内 一浩
【氏名】森 利克
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| 【要約】 |
【課題】中性子を用いて生成される同位体核種の生成効率を向上させることができる同位体核種製造装置を提供することにある。
【解決手段】中性子を中性子増倍材２によって増倍した後、中性子減速材３によって中性子を減速させる。中性子減速材３によって減速された中性子を同位体核種生成材５に入射することによって、核反応により同位体核種が発生する。中性子を増倍すると共に減速することによって、同位体核種生成材５において核反応を起こす中性子が増えるため、同位体核種の生成効率が向上する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】入射された中性子を減速させる中性子減速材と、前記中性子減速材によって減速された中性子との核反応により同位体核種が発生する同位体核種生成材とを備えたことを特徴とする同位体核種製造装置。
【請求項２】入射された中性子を増倍する中性子増倍材と、前記中性子増倍材によって増倍された中性子を減速させる中性子減速材と、前記中性子減速材によって減速された中性子との核反応により同位体核種が発生する同位体核種生成材とを備えたことを特徴とする同位体核種製造装置。
【請求項３】前記同位体核種生成材を収納する容器と、前記容器に前記同位体核種と結合する液体を注入するための注入口と、前記容器から前記液体を排出するための排出口とを備えたことを特徴とする請求項１及び２のいずれかに記載の同位体核種製造装置。
【請求項４】前記同位体核種生成材は、複数の領域に分割されており、前記同位体核種の発生後に領域ごとに取り出されることを特徴とする請求項１及び２のいずれかに記載の同位体核種製造成装置。
【請求項５】トリチウムが含浸された水素吸蔵材或いは金属を有し、前記水素吸蔵材或いは前記金属に荷電粒子ビームを照射することによって中性子を発生させることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の同位体核種製造装置。
【請求項６】中性子を発生する中性子発生源を備えたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の同位体核種製造装置。
【請求項７】前記同位体核種生成材は、モリブデン９８であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の同位体核種製造装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、中性子を利用して同位体核種を製造する同位体核種製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】同位体核種(Radio Isotope：以下、ＲＩと呼ぶ）を用いたＳＰＥＣＴ(SinglePhoton Emission Computed Tomography)は、癌診断，血管障害診断，肺機能診断，骨疾病診断等の様々な放射線医学診断に利用されている。このＳＰＥＣＴに用いられるＲＩの中でもテクネチウム９９ｍ(99mＴｃ）は６０種類以上の薬剤に利用されており、ＳＰＥＣＴ用ＲＩの使用量でテクネチウム９９ｍの占める割合は非常に大きい。
【０００３】テクネチウム９９ｍは、半減期が６６時間のモリブデン９９（99Ｍｏ）の娘核種であり、モリブデン９９をテクネチウムジェネレータとして利用すれば、病院内でも容易にテクネチウム９９ｍを溶出することができる。上述のように、テクネチウム９９ｍは医療において極めて重要な位置を占めており、親核種であるモリブデン９９の安定供給が医療にとって重要であることは「Isotope news；Jan.'００．Ｎo.５４８ 日本アイソトープ協会」に記載されている通りである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】モリブデン９９の生成には、98Ｍｏ(ｎ，γ)99Ｍｏ，235Ｕ(ｎ，ｆ)99Ｍｏ，100Ｍｏ(ｐ，ｐｎ)99Ｍｏ等の核反応が利用されるが、235Ｕ(ｎ，ｆ)99Ｍｏは原子炉を利用するため稼働率が悪く、100Ｍｏ(ｐ，ｐｎ)99Ｍｏ は反応断面積が小さいために大出力の陽子線源が必要となる。このため、中性子を用いた98Ｍｏ(ｎ，γ)99Ｍｏが注目されているが、中性子を用いた98Ｍo(ｎ，γ)99Ｍoにおいても効率良くモリブデン９９を生成することが望まれている。
【０００５】本発明の目的は、中性子を用いて生成される同位体核種の生成効率を向上させることができる同位体核種製造装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するための本発明の特徴は、入射された中性子を減速させる中性子減速材と、中性子減速材によって減速された中性子との核反応により同位体核種が発生する同位体核種生成材とを備えたことにある。
【０００７】中性子減速材によって中性子を減速することにより、中性子が同位体核種生成材と核反応を起こしやすくなり、核反応を起こす中性子の量が増加するので、ＲＩの生成効率が向上する。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。
（実施例１）図１は、本発明の好適な一実施例である同位体核種製造装置の構造図(断面図)である。図示するように、本実施例の同位体核種製造装置では、円筒の容器１に中性子増倍材２と中性子減速材３が収められており、容器１の底部にはターゲット４が設けられている。また、容器１を囲むようにしてＲＩ生成材５が設けられている。このＲＩ生成材５は容器６内に充填されており、この容器６には下部に回収液体注入口７が設けられ、上部に回収液体排出口８が設けられている。
【０００９】このような同位体核種製造装置において、ターゲット４に荷電粒子ビームが照射され、ターゲット４と荷電粒子ビームの核反応によって中性子が発生する。本実施例では、荷電粒子ビームとして重水素ビームを用い、ターゲット４としてはトリチウムを含浸させたチタン材（Ｔｉ）を用いることで、重水素ビームとトリチウムとのＤ−Ｔ反応により中性子を発生させる。なお、トリチウムを含浸させる物質はチタン材に限られるものではなく、他の水素吸蔵材或いは金属（例えば銅）を用いても良い。また、中性子の発生にＤ―Ｄ反応を用いる場合には、重水素を含浸させたチタン材に重水素ビームを照射すればよい。
【００１０】ターゲット４で発生した中性子は容器１を透過して中性子増倍材２に入射し、中性子増倍材２により中性子が増倍される。本実施例では、中性子増倍材２としてベリリウムが用いられる。なお、中性子増倍材２として鉛等を用いても良い。中性子増倍材２によって増倍された中性子は中性子減速材３に入射し、中性子減速材３に入射した中性子は減速される。本実施例では、中性子減速材３として水が用いられる。なお、中性子は中性子減速材３によって熱中性子まで減速されるのが望ましい。
【００１１】中性子減速材３によって減速された中性子は容器６を透過してＲＩ生成材５に到達し、核反応によってＲＩが生成される。本実施例では、ＲＩ生成材５としてモリブデン９８が用いられ、98Ｍｏ(ｎ，γ)99ＭｏによってＲＩであるモリブデン９９が生成される。モリブデン９９は、崩壊してテクネチウム９９ｍとなる。このテクネチウム９９ｍを回収するために、回収液体注入口７から回収液体（本実施例では生理食塩水）を注入して回収液体にテクネチウム９９ｍを取り込み、その回収液体を回収液体排出口８より取り出す。取り出した回収液体からテクネチウム９９ｍを分離・回収し、回収されたテクネチウム９９ｍはＳＰＥＣＴに利用される。なお、本実施例のＲＩ生成材５は、回収液体が通過しやすいようにペブルとする。また、ＲＩ生成材５であるモリブデン９８は天然存在比が２４％であるため、本実施例ではエンリッチによりモリブデン９８の原子数を増やして使用する。更に、容器６は、生理食塩水によって腐食せず、かつ低放射化材料からなるのが好ましく、本実施例ではＳＵＳを用いる。
【００１２】以上のように、本実施例では、中性子増倍材２によって中性子を増倍させるため、ＲＩ生成材５と核反応を起こす中性子を増やすことができ、ＲＩの生成効率を向上させることができる。また、本実施例では、中性子減速材３によって中性子を減速させるので、ＲＩ生成材５と核反応を起こす中性子を増やすことができ、ＲＩの生成効率を向上させることができる。
（実施例２）本発明の他の実施例である同位体核種製造装置について図２を用いて説明する。本実施例の同位体核種製造装置は、容器内に中性子増倍材，中性子減速材及びＲＩ生成材を積層してなる積層物を２セット設けている。以下、実施例１と異なる点について説明する。
【００１３】ターゲット４に荷電粒子ビームが照射されることによって発生した中性子は、容器１を透過して中性子増倍材２ａに達し、中性子増倍材２ａにより増倍される。中性子増倍材２ａによって増倍された中性子は、中性子減速材３ａにて減速された後、ＲＩ生成材５ａと核反応を起こしてＲＩ（モリブデン９９）が生成される。ＲＩ生成材５ａにて核反応を起こさなかった中性子は、中性子増倍材２ｂによって反射されるものと、中性子増倍材２ｂ内に入射するものとに別れる。中性子増倍材２ｂによって反射された中性子は、再びＲＩ生成材５ａに入射され、核反応によってＲＩが生成される。一方、中性子増倍材２ｂに入射した中性子は、中性子増倍材２ｂによって増倍される。中性子増倍材２ｂによって増倍された中性子は、中性子減速材３ｂにて減速された後、ＲＩ生成材５ｂと核反応を起こしてＲＩが生成される。なお、ＲＩ生成材５ａと中性子増倍材２ｂ及び中性子減速材３ａとの間、及びＲＩ生成材５ｂと中性子減速材３ｂとの間には、中性子を透過する材質の仕切板（図示せず）が挿入されており、仕切板で仕切られたＲＩ生成材５ａ，５ｂの層には回収液体注入口７ａ，７ｂから回収液体が注入されて回収液体排出口８ａ，８ｂから回収液体が排出される。
【００１４】このように、中性子増倍材，中性子減速材及びＲＩ生成材を積層した積層物を２セット設けることによって、ＲＩ生成材５ａにて核反応を起こさなかった中性子の一部が中性子増倍材２ｂにて反射されてＲＩ生成材５ａに入射されるので、ＲＩの生成効率を向上させることができる。なお、中性子増倍材，中性子減速材及びＲＩ生成材の積層物は２セットに限らず、複数セットであれば本実施例の効果が得られる。また、中性子増倍材，中性子減速材及びＲＩ生成材を積層せずに混合しても同様の効果が得られる。
（実施例３）本発明の他の実施例である同位体核種製造装置について図３を用いて説明する。本実施例の同位体核種製造装置は、中性子増倍材，中性子減速材及びＲＩ生成材の各層を球状としている。以下、実施例１と異なる点について説明する。
【００１５】図３は、本実施例の同位体核種製造装置の断面図である。図示するように、本実施例の同位体核種製造装置では、中性子増倍材２が内部に球状の空間を有する球状をしており、内部空間の表面にはターゲット４が設けられている。また、中性子増倍材２の内部空間には中性子を導入するための導入管９が接続されており、荷電粒子ビームがこの導入管９を通ってターゲット４に照射されることによって中性子が発生する。発生した中性子は放射状に広がるが、導入管９の部分を除いて中性子増倍材２が囲むように設けられているため、大部分の中性子を中性子増倍材２に入射させることができる。中性子増倍材２に入射した中性子は増倍された後、中性子減速材３に達し、減速される。中性子減速材３によって減速された中性子はＲＩ生成材５に入射し、核反応によってＲＩが生成される。
【００１６】本実施例によれば、中性子増倍材２，中性子減速材３及びＲＩ生成材５を球状としたため、放射状に広がる中性子の大部分をＲＩ製造に利用することができ、ＲＩの生成効率を向上させることができる。
（実施例４）本発明の他の実施例である同位体核種製造装置について図４を用いて説明する。本実施例の同位体核種製造装置では、ＲＩ生成材を複数の領域に分割して、領域毎に取り出せる構造としている。以下、実施例１と異なる点を説明する。
【００１７】図４に示すように、ＲＩ生成材５は複数の領域ａ〜ｄに分割されており、個別に取り出すことができる。前述の通り、テクネチウム９９ｍはモリブデン９９の崩壊によって発生するが、モリブデン９９におけるテクネチウム９９ｍの発生量は、モリブデン９９の生成が停止してから所定時間増加するため、モリブデン９９ごと取り出すことによってテクネチウム９９ｍをその半減期以上に確保しておくことが可能となる。図５は、モリブデン９８への中性子の照射を８時間経過した時点で止めた場合における、モリブデン９９とテクネチウム９９ｍの核種量を示す。図示するように、モリブデン９８への中性子の照射を停止してモリブデン９９の核種量が減少しはじめた後も、テクネチウム９９ｍは増加する。これは、モリブデン９９の崩壊によるテクネチウム９９ｍの生成量がテクネチウム99ｍの減衰量を上回るためである。従って、テクネチウム９９ｍの量がピークを迎える時間にテクネチウム９９ｍを取り出してＳＰＥＣＴに利用できるように、モリブデン９９を装置から取り出せばよい。
【００１８】このように本実施例によれば、モリブデン９９ごとテクネチウム９９ｍを取り出すことによってテクネチウム９９ｍの半減期以上の時間テクネチウム９９ｍを確保しておくことができる。
【００１９】以上説明した各実施例では、ターゲットに荷電粒子ビームを照射して中性子を発生させているが、ターゲットを用いずに中性子発生源を用いても良い。中性子発生源としては、加速された電子からの制動輻射による（γ，ｎ）反応で中性子を発生させるものや、加速された陽子を物質に照射して（ｐ，ｎ）反応で中性子を発生させるもの、また陽子を金属等に照射して核破砕により中性子を発生させるもの等が既に知られている。なお、実施例３において中性子発生源を用いる場合に、中性子があたるターゲット部分の形状をくの字にすることによって、導入管９における中性子の逆流を防ぐことができる。
【００２０】また、各実施例では、中性子増倍材を用いて中性子を増倍しているが、中性子増倍材を設けずに中性子減速材のみ設けても、従来技術と比較してＲＩの生成効率を向上させることが可能である。
【００２１】更に、各実施例では、中性子を利用してモリブデン９９（最終的にはテクネチウム９９ｍ）を生成する場合について説明したが、モリブデン９９以外の核種についても同様に本発明を適用することができる。図６は、本発明により生成可能な核種、核種生成時の反応と反応に必要とされるエネルギーの閾値、及び半減期と核種の崩壊を示す。なお、図６に示す核種のうち閾値反応により生成される核種を用いる場合には、ＲＩ生成部に入射する中性子が閾値以上となるように中性子減速材の厚さを調節する。
【００２２】
【発明の効果】本発明によれば、ＲＩの生成効率を向上させることができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００５１０８
【氏名又は名称】株式会社日立製作所
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| 【出願日】 |
平成１３年１月１２日（２００１．１．１２） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７５０９６
【弁理士】
【氏名又は名称】作田 康夫
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| 【公開番号】 |
特開２００２−２１４３９５（Ｐ２００２−２１４３９５Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１４年７月３１日（２００２．７．３１） |
| 【出願番号】 |
特願２００１−４３７２（Ｐ２００１−４３７２） |
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