特開 2023-164287 放射性同位体の製造装置、製造システム、及び製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023164287

(43)【公開日】2023-11-10

(54)【発明の名称】放射性同位体の製造装置、製造システム、及び製造方法

(51)【国際特許分類】

   G21H 7/00 20060101AFI20231102BHJP

   G21K 1/00 20060101ALI20231102BHJP

   G21K 5/08 20060101ALI20231102BHJP

   G21F 7/00 20060101ALI20231102BHJP

【ＦＩ】

G21H7/00

G21K1/00 Z

G21K5/08 Z

G21F7/00

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023021976

(22)【出願日】2023-02-15

(31)【優先権主張番号】P 2022075333

(32)【優先日】2022-04-28

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(71)【出願人】

【識別番号】301032942

【氏名又は名称】国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構

(74)【代理人】

【識別番号】110000338

【氏名又は名称】弁理士法人 ＨＡＲＡＫＥＮＺＯ ＷＯＲＬＤ ＰＡＴＥＮＴ ＆ ＴＲＡＤＥＭＡＲＫ

(72)【発明者】

【氏名】坂下 哲哉

(72)【発明者】

【氏名】渡辺 茂樹

(72)【発明者】

【氏名】宮脇 信正

(72)【発明者】

【氏名】石岡 典子

(57)【要約】

【課題】放射性同位体を製造する製造装置であって、従来とは異なる新しい製造装置を提供すること。
【解決手段】製造装置（１０）は、宇宙空間において放射線をターゲット（２１）に照射することによって放射性同位体を製造する。製造装置（１０）は、宇宙空間に存在する放射線を焦点（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３）に集束させるソレノイドコイル（１２）と、焦点（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３）にターゲット（２１）を保持するホルダーと、を備えている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

宇宙空間において放射線をターゲットに照射することによって放射性同位体を製造する製造装置であって、
宇宙空間に存在する放射線を焦点に集束させるソレノイドコイルと、
前記焦点に前記ターゲットを保持するホルダーと、を備えている、
ことを特徴とする製造装置。

【請求項2】

前記ソレノイドコイルの磁場を制御することにより前記放射線のエネルギーに応じて前記焦点の位置を変化させる、
ことを特徴とする請求項１に記載の製造装置。

【請求項3】

前記放射線の進行方向において、前記ターゲットの前段に前記放射線のエネルギーを遮蔽する遮蔽材を有する、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の製造装置。

【請求項4】

製造する放射性同位体に応じて、前記ターゲットに照射される陽子線が所定のエネルギーに設定されている、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の製造装置。

【請求項5】

前記ソレノイドコイルの中心軸に沿って延伸されたガイドレールを更に備え、
前記ホルダーは、（１）前記ガイドレールに嵌合しつつ、前記ガイドレールに沿って往復運動する嵌合部と、（２）当該嵌合部に固定された保持部であって、前記ターゲットを保持する保持部と、を備え、
前記ガイドレール及び前記ホルダーのうち少なくとも何れかには、前記嵌合部の位置をロック又はリリースするストッパーが設けられている、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の製造装置。

【請求項6】

前記ガイドレールの両端部のうち前記ソレノイドコイルから遠い側の端部に設けられた装填回収部であって、前記ガイドレールに前記ターゲットを装填するとともに、前記ガイドレールから前記ターゲットを回収する装填回収部を更に備えている、
ことを特徴とする請求項５項に記載の製造装置。

【請求項7】

前記ターゲットを保持する前記ホルダーの数は、複数であり、
各ホルダーは、前記ガイドレールに対してロックされる場合に、前記ソレノイドコイルの異なる焦点距離に対応する位置に各ターゲットを固定するように、前記ガイドレールに対してロックされる、
ことを特徴とする請求項６に記載の製造装置。

【請求項8】

太陽が発する光を遮ることにより陰を形成する遮光部材を更に備え、
前記ソレノイドコイルは、超伝導コイルであり、
前記ソレノイドコイル及び前記遮光部材は、前記ソレノイドコイルの少なくとも一部が前記陰に隠れるように配置されている、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の製造装置。

【請求項9】

前記遮光部材は、太陽光発電パネルを含む、
ことを特徴とする請求項８に記載の製造装置。

【請求項10】

請求項１又は２に記載の製造装置を複数備えている、
ことを特徴とする製造システム。

【請求項11】

各製造装置が備えているソレノイドコイルの中心軸は、略平行であり、且つ、各ソレノイドコイルの開口部を平面視した場合に、隣接するソレノイドコイルの開口部同士は、何れも重なっていない、
ことを特徴とする請求項１０に記載の製造システム。

【請求項12】

宇宙空間において放射線をターゲットに照射することによって放射性同位体を製造する製造方法であって、
宇宙空間に存在する放射線を焦点に集束させる集束工程と、
前記集束工程において集束された放射線を、前記焦点において前記ターゲットに照射する照射工程と、を含む、
ことを特徴とする製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、宇宙での放射性同位体の製造装置、製造システム、及び製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

現在、様々な分野において放射性同位体が利用されている。放射性同位体を人工的に製造する場合、原子炉又（非特許文献１参照）はサイクロトロン（非特許文献２参照）を用いる。前者の場合であれば、原子炉により生成される中性子を金属ターゲットに照射することにより放射性同位体を製造する。後者の場合であれば、サイクロトロンにより生成される放射線を金属ターゲットに照射することにより放射性同位体を製造する。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0003】

【非特許文献1】"Manual for reactor produced radioisotopes", IAEA TECDOC Series no. 1340，INTERNATIONAL ATOMIC ENERGY AGENCY, p.82-115, JANUARY 2003.

【非特許文献2】"Cyclotron Produced Radionuclides: Physical Characteristics and Production Methods", Technical Reports Series No. 468, INTERNATIONAL ATOMIC ENERGY AGENCY, p.122-130, 2009

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、原子炉を用いて放射性同位体を製造する場合、放射性同位体の製造スケジュールは、原子炉の稼働状況に依存せざるを得ない。現在、世界的に稼動する原子炉の数が減少しており、将来的に原子炉を用いて放射性同位体を製造することが難しくなることが懸念されている。

【0005】

また、核医学治療及び／又はＰＥＴ（Positron Emission Tomography, 陽電子断層撮影）検査を実施する医療機関の一部では、機関内にサイクロトロンを設置している。ただし、核医学治療及び／又はＰＥＴ検査を実施する医療機関ごとにサイクロトロンを設置することは難しい。

【0006】

本発明の一態様は、上述した課題に鑑みなされたものであり、その目的は、放射性同位体を製造する製造装置、製造システム、及び製造方法であって、従来とは異なる新しい製造装置、製造システム、及び製造方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記の課題を解決するために、本発明の第１の態様に係る製造装置は、宇宙空間において放射線をターゲットに照射することによって放射性同位体を製造する製造装置であって、宇宙空間に存在する放射線を焦点に集束させるソレノイドコイルと、前記焦点に前記ターゲットを保持するホルダーと、を備えている。

【0008】

宇宙空間に存在する放射線は、宇宙線とも呼ばれ、無尽蔵に宇宙空間に存在する。本製造装置では、宇宙空間に存在する放射線を利用して放射性同位体を製造する。上記の構成によれば、宇宙空間の放射線をターゲットに照射することによって放射性同位体を製造することができる。したがって、原子炉及びサイクロトロンを用いることなく放射性同位体を製造することができる。すなわち、本製造装置は、従来とは異なる新しい製造装置を提供することができる。

【0009】

また、本発明の第２の態様に係る製造装置においては、上述した第１の態様に係る製造装置の構成に加えて、前記ソレノイドコイルの磁場を制御することにより前記放射線のエネルギーに応じて前記焦点の位置を変化させる、構成が採用されている。

【0010】

上記の構成によれば、所定のエネルギーを有する放射線が集束される焦点の位置を、任意に変化させることができる。

【0011】

また、本発明の第３の態様に係る製造装置においては、上述した第１の態様又は第２の態様に係る製造装置の構成に加えて、前記放射線の進行方向において、前記ターゲットの前段に前記放射線のエネルギーを遮蔽する遮蔽材を有する、構成が採用されている。

【0012】

上記の構成によれば、遮蔽材を用いてターゲットに照射する放射線のエネルギーを低下させる方向に調整することができる。

【0013】

また、本発明の第４の態様に係る製造装置においては、上述した第１の態様～第３の態様の何れか一態様に係る製造装置の構成に加えて、製造する放射性同位体に応じて、前記ターゲットに照射される陽子線が所定のエネルギーに設定されている、構成が採用されている。

【0014】

上記の構成によれば、放射性同位体を効率よく製造することができる。また、上記の構成によれば、意図しない放射性同位体が製造されることを防ぐことができる。

【0015】

また、本発明の第５の態様に係る製造装置においては、上述した第１の態様～第４の態様の何れか一態様に係る製造装置の構成に加えて、
前記ソレノイドコイルの中心軸に沿って延伸されたガイドレールを更に備えている。本製造装置においては、前記ホルダーは、（１）前記ガイドレールに嵌合しつつ、前記ガイドレールに沿って往復運動する嵌合部と、（２）当該嵌合部に固定された保持部であって、前記ターゲットを保持する保持部と、を備え、前記ガイドレール及び前記ホルダーのうち少なくとも何れかには、前記嵌合部の位置をロック又はリリースするストッパーが設けられている、構成が採用されている。

【0016】

上記の構成によれば、ソレノイドコイルの中心軸に沿って、ターゲットを保持した状態のホルダーを往復運動させることができ、且つ、ターゲットを保持した状態のホルダーの往復運動をロックしたりリリースしたりすることができる。したがって、本製造装置は、ソレノイドコイルの中心軸上におけるターゲットの位置を調整することができる。

【0017】

また、本発明の第６の態様に係る製造装置は、上述した第５の態様に係る製造装置の構成に加えて、前記ガイドレールの両端部のうち前記ソレノイドコイルから遠い側の端部に設けられた装填回収部であって、前記ガイドレールに前記ターゲットを装填するとともに、前記ガイドレールから前記ターゲットを回収する装填回収部を更に備えている。

【0018】

上記の構成によれば、ガイドレールへのターゲットの装填、及び、ガイドレールからのターゲットの回収を容易にすることができる。

【0019】

また、本発明の第７の態様に係る製造装置においては、上述した第６の態様に係る製造装置の構成に加えて、前記ターゲットを保持する前記ホルダーの数は、複数であり、各ホルダーは、前記ガイドレールに対してロックされる場合に、前記ソレノイドコイルの異なる焦点距離に対応する位置に各ターゲットを固定するように、前記ガイドレールに対してロックされる、構成が採用されている。

【0020】

上記の構成によれば、ソレノイドコイルの中心軸に沿って、前記ターゲットを保持した状態のホルダーを複数配置することができる。したがって、本製造装置は、放射性同位体を製造する場合において複数ターゲットに対して同時に放射線を照射することが可能である。それにより、本製造装置は、放射性同位体の製造効率を更に高めることができる。

【0021】

また、本発明の第８の態様に係る製造装置は、上述した第１の態様～第７の態様の何れか一態様に係る製造装置の構成に加えて、太陽が発する光を遮ることにより陰を形成する遮光部材を更に備えている。本製造装置においては、前記ソレノイドコイルは、超伝導コイルであり、前記ソレノイドコイル及び前記遮光部材は、前記ソレノイドコイルの少なくとも一部が前記陰に隠れるように配置されている、構成が採用されている。

【0022】

上記の構成によれば、遮光部材を備えていない場合と比較して、ソレノイドコイルの温度は、外部から冷却することなく低下する。したがって、遮光部材を備えていない場合と比較して、超伝導コイルを超伝導状態にすることが容易になるため、本製造装置の構成を簡素化することができるとともに、本製造装置のランニングコストを削減することができる。

【0023】

また、本発明の第９の態様に係る製造装置においては、上述した第８の態様に係る製造装置の構成に加えて、前記遮光部材は、太陽光発電パネルを含む、構成が採用されている。

【0024】

上記の構成によれば、遮光部材を用いて発電することができるので、本製造装置のランニングコストを更に削減することができる。

【0025】

上記の課題を解決するために、本発明の第１０の態様に係る製造システムは、上述した第１の態様～第９の態様の何れか一態様に係る製造装置を複数備えている。

【0026】

上記の構成によれば、本発明の一態様に係る製造装置を１台のみ運用する場合と比較して、放射性同位体を大量生産することができる。

【0027】

また、本発明の第１１の態様に係る製造システムにおいては、上述した第１０の態様に係る製造システムの構成に加えて、各製造装置が備えているソレノイドコイルの中心軸は、略平行であり、且つ、各ソレノイドコイルの開口部を平面視した場合に、隣接するソレノイドコイルの開口部同士は、何れも重なっていない、構成が採用されている。

【0028】

上記の構成によれば、複数台の製造装置を並列に運用する場合に生じ得る放射線のロスを抑制することができるので、放射性同位体を製造する場合における効率を高めることができる。

【0029】

上記の課題を解決するために、本発明の第１２の態様に係る製造方法は、宇宙空間において放射線をターゲットに照射することによって放射性同位体を製造する製造方法であって、宇宙空間に存在する放射線を焦点に集束させる集束工程と、前記集束工程において集束された放射線を、前記焦点において前記ターゲットに照射する照射工程と、を含んでいる。

【0030】

このように構成された本製造方法は、本発明の第１の態様に係る製造装置と同様の効果を奏する。

【0031】

また、本発明の一態様に係る製造装置は、上述した何れか一態様に係る製造装置の構成に加えて、前記複数のターゲットのうち少なくとも１つのターゲットの前段に設けられた遮蔽材を更に備えていてもよい。

【0032】

ソレノイドコイルの中心軸に沿ってみた場合に、エネルギーのより低い放射線は、よりソレノイドコイルに近い位置において集束され、エネルギーのより高い放射線は、よりソレノイドコイルから遠い位置において集束される。したがって、ソレノイドコイルの異なる焦点距離に対応する位置に設けられた各ターゲットのうち、遠い焦点距離に対応する位置に設けられたターゲットには、近い頂点距離に対応する位置に設けられたターゲットと比較して、高いエネルギーを有する放射線が照射される。このように高いエネルギーを有する放射線については、遮蔽材を透過させることによりエネルギーを低下させることができる。

【0033】

上記の構成によれば、複数のターゲットのうち少なくとも１つのターゲットの前段に遮蔽材を設けることによって、遠い焦点距離に対応する位置に設けられたターゲットに入射する放射線のエネルギーを、放射性同位体を製造するために好適なエネルギーにまで低下させることができる。したがって、本製造装置は、放射性同位体を製造する場合における効率をより一層高めることができる。

【0034】

なお、上記の構成は、放射線が陽子線である場合に好適に用いることができる。宇宙線には、様々なエネルギーを有する陽子線が含まれている場合が多いためである。

【発明の効果】

【0035】

本発明の一態様によれば、宇宙での放射性同位体を製造する製造装置、製造システム、及び製造方法であって、従来とは異なる新しい製造装置、製造システム、及び製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0036】

【図1】（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る製造装置の斜視図である。（ｂ）は、（ａ）に示す製造装置に含まれる太陽光発電パネルの平面図である。（ｃ）は、（ａ）に示す製造装置に含まれるガイドレールの断面矢視図である。（ｄ）は、（ａ）に示す製造装置に含まれるガイドレールの側面図である。

【図2】図１に示した製造装置の一変形例が備えているガイドレール及びターゲット設置回収ロボットの側面図である。（ａ）及び（ｂ）は、ターゲット設置回収ロボットがターゲットを充填する工程を示し、（ｃ）及び（ｄ）は、ターゲット設置回収ロボットがターゲットを回収する工程を示す。

【図3】（ａ）に示す製造装置において実施される製造方法のフローチャートである。

【図4】本発明の第２の実施形態に係る製造システムに含まれる各太陽光発電パネルの平面図である。

【図5】本発明の参考例として、放射線輸送コードPHITSによる^６８Ｇｅの生成量の計算例を示すグラフである。

【図6】本発明の参考例として、陽子線をターゲット２１に１年間照射することにより得られる生成量のエネルギー依存性を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0037】

〔第１の実施形態〕
本発明の第１の実施形態に係る製造装置１０について、図１～図３を参照して説明する。図１の（ａ）は、製造装置１０の斜視図である。図１の（ｂ）は、製造装置１０に含まれる太陽光発電パネル１１の平面図である。図１の（ｂ）においては、太陽光発電パネル１１の受光面１１１を平面視している。図１の（ｃ）は、製造装置１０に含まれるガイドレール１３の断面矢視図である。図１の（ｄ）は、製造装置１０に含まれるガイドレール１３の側面図である。図２は、製造装置１０の一変形例が備えているガイドレール１３及びターゲット設置回収ロボット１７Ａの側面図である。図２の（ａ）及び図２の（ｂ）は、ターゲット設置回収ロボット１７Ａがターゲット２１１～２１３を充填する工程を示し、図２の（ｃ）及び図２の（ｄ）は、ターゲット設置回収ロボット１７Ａがターゲット２１１～２１３を回収する工程を示す。図３は、製造装置１０において実施される製造方法のフローチャートである。

【0038】

製造装置１０は、宇宙空間において放射線をターゲット２１に照射することによって放射性同位体を製造する製造装置である。宇宙空間に存在する放射線は、宇宙線とも呼ばれる。宇宙線の例としては、陽子及びイオンのビームが挙げられる。

【0039】

本実施形態では、ターゲット２１として３つのターゲット２１１，２１２，２１３を用いる。ただし、各ターゲット２１１，２１２，２１３を区別する必要がない場合には、単にターゲット２１と称する。

【0040】

製造装置１０は、宇宙空間のうち地表面からの高度がおよそ２０００ｋｍ以上５０００ｋｍ以下である軌道上において運用することを想定している。高度が２０００ｋｍ以上５０００ｋｍ以下の領域には、捕捉粒子線帯と呼ばれる陽子の強度が高いバンアレン帯が存在する。

【0041】

＜製造装置の構成＞
図１の（ａ）に示すように、製造装置１０は、太陽光発電パネル１１と、ソレノイドコイル１２と、を備えている。また、図１の（ｂ）に示すように、太陽光発電パネル１１は、発電した電力を蓄える電池１１２を含む。また、ソレノイドコイル１２は、駆動電流を供給する電源１２２を含んでいる。また、製造装置１０は、図１の（ｃ）及び（ｄ）に示すように、ガイドレール１３と、ホルダー１４と、を備えている。また、製造装置１０は、制御部Ｃを備えている。制御部Ｃは、後述する姿勢制御部を用いて、宇宙空間における製造装置１０の姿勢を制御したり、太陽光発電パネル１１が発電する電力量に応じて電池１１２の充電スケジュールを制御したり、電源１２２がソレノイドコイルに供給する駆動電流を制御したりする。また、製造装置１０は、図示を省略しているものの姿勢制御部を備えている。姿勢制御部は、制御部Ｃが出力する制御信号にしたがって、製造装置１０の姿勢を制御する。

【0042】

（太陽光発電パネル）
太陽光発電パネル１１は、受光面１１１にて受けた太陽光を電力に変換する。太陽光発電パネル１１は、太陽電池とも呼ばれる。太陽光発電パネル１１は、宇宙空間での使用を想定して設計されていることが好ましい。長期間に亘って放射線に晒されるためである。太陽光発電パネル１１は、既存の太陽光発電パネルの中から適宜選択することができる。

【0043】

本実施形態において、太陽光発電パネル１１は、６枚のサブパネルにより構成されている（図１の（ａ）及び（ｂ）参照）。太陽光発電パネル１１は、全体を平面視した場合に、正六角形状且つソレノイドレンズを覆うような環状の形状を有する。ただし、太陽光発電パネル１１の形状は、これに限定されない。

【0044】

本実施形態において、各サブパネルを平面視した場合の形状は、合同であり且つ等脚台形状である。各サブパネルの形状は、隣接するサブパネルの脚部同士を平行な状態で近接させることにより、太陽光発電パネル１１の外縁及び内縁が何れも正六角形状になるように定められている。ただし、各サブパネルの形状は、これに限定されない。

【0045】

製造装置１０は、制御部Ｃが出力する制御信号にしたがって、受光面１１１が太陽の方向を向くように、その姿勢を制御されている（図１の（ａ）参照）。本実施形態において、制御部Ｃは、受光面１１１の法線方向と、太陽光の伝搬方向とが平行になるように、製造装置１０の姿勢を制御することが好ましい。このように製造装置１０の姿勢を制御することにより、太陽光発電パネル１１は、太陽が発する光（太陽光）を遮り、結果として、受光面１１１の背面側の空間に陰を形成する。すなわち、太陽光発電パネル１１は、遮光部材の一例として機能する。

【0046】

本実施形態においては、太陽光発電パネル１１の内縁を構成する正六角形状の対角線の長さは、後述するソレノイドコイル１２の内径Ｒｉと等しく、太陽光発電パネル１１の外縁を構成する正六角形状の対辺同士の間隔は、ソレノイドコイル１２の外径Ｒｏと等しい。ただし、太陽から見た場合に、ソレノイドコイル１２を太陽光発電パネル１１によりできるだけ遮蔽するために、太陽光発電パネル１１の内縁を構成する正六角形状の対角線の長さは、後述するソレノイドコイル１２の内径Ｒｉよりも短いことが好ましく、且つ、太陽光発電パネル１１の外縁を構成する正六角形状の対辺同士の間隔は、ソレノイドコイル１２の外径Ｒｏよりも広いことが好ましい。

【0047】

なお、図１の（ａ）においては、太陽光の図示を省略している。図１の（ａ）に図示している３種類の矢印（実線、点線、及び破線）は、太陽光ではなく宇宙空間に存在する照射線を模式的に示している。３種類の放射線のうち、実線の矢印は相対的にエネルギーが高い放射線を模式的に示し、点線の矢印は相対的にエネルギーが中程度である放射線を模式的に示し、破線の矢印は相対的にエネルギーが低い放射線を模式的に示している。

【0048】

このように製造装置１０の姿勢を制御することにより、太陽光発電パネル１１の背面側に配置された太陽光発電パネル１１に照射され得る太陽光を抑制することができるので、ソレノイドコイル１２の温度を低く保つことができる。また、このように製造装置１０の姿勢を制御することにより、太陽光発電パネル１１における発電量を高めることができる。

【0049】

なお、宇宙空間に存在する照射線の伝搬方向は、太陽光の伝搬方向と平行なものだけではなく様々である。すなわち、本実施形態においては、伝搬方向が太陽光の伝搬方向と平行な放射線を集束させ、ターゲットに照射することを想定している。ただし、集束させてうえでターゲットに照射する放射線は、太陽光の伝搬方向と平行に伝搬する放射線に限定されない。

【0050】

また、太陽光発電パネル１１のシステムには、電池１１２が含まれている。電池１１２は、太陽光発電パネル１１が発電した電力を蓄電しつつ、必要に応じて後述する電源１２２に供給する。なお、本実施形態において、電池１１２は、後述するソレノイドコイル１２と同様に、太陽光発電パネル１１の背面側に設けられている。すなわち、ソレノイドコイル１２は、日陰に設けられている。ただし、電池１１２を設ける位置は、その好ましい動作温度に応じて、日陰に設けられていてもよいし、日向に設けられていてもよい。また、ソレノイドコイル１２が日陰に設けられる場合、ソレノイドコイル１２の全体が日陰に設けられていてもよいし、ソレノイドコイル１２の一部が日陰に設けられていてもよい。

【0051】

（ソレノイドコイル）
ソレノイドコイル１２は、超伝導体製の線材により構成された超伝導コイルである。ソレノイドコイル１２の形状は、その開口部１２１を平面視した場合に、外縁及び内縁が何れも円形状となるように構成された円環状である（図１の（ａ）及び（ｂ）参照）。以下では、開口部１２１の内径を内径Ｒｉとする。

【0052】

ソレノイドコイル１２は、その中心軸Ａｃと、正六角形状である太陽光発電パネル１１の中心軸とが一致するように、太陽光発電パネル１１の背面側（すなわち、受光面１１１とは逆側）の空間に配置されている。

【0053】

以下においては、中心軸Ａｃが延伸されている方向をｘ軸方向とする。また、ｘ軸方向のうち、太陽光発電パネル１１からソレノイドコイル１２へ向かう方向をｘ軸正方向とする。なお、本実施形態において、ｘ軸の原点は、ソレノイドコイル１２の中心に取っている（図１の（ａ）には不図示）。

【0054】

ソレノイドコイル１２は、円形状のコイルである。そのため、ソレノイドコイル１２が発生する磁場は、中心軸Ａｃを対称軸として、回転対称な形状となる。その結果、開口部１２１に対して中心軸Ａｃと平行に入射する放射線は、そのエネルギーに応じて、磁場により中心軸Ａｃの上に位置するいずれかの点に集束される。ここで、エネルギーが低い放射線は、太陽光発電パネル１１に近い位置ｘに集束し、エネルギーが高い放射線は、太陽光発電パネル１１から遠い位置ｘに集束する。したがって、製造装置１０においては、後述するターゲット２１を配置する位置ｘを選択することにより、ターゲット２１に照射する放射線のエネルギーを選択することができる。

【0055】

本実施形態においては、異なる３つのエネルギーを有する各放射線をターゲット２１に照射するために、位置ｘ１に位置する焦点Ｐ１、位置ｘ２に位置する焦点Ｐ２、及び、位置ｘ３に位置する焦点Ｐ３の各々に、それぞれ、ターゲット２１を配置する（図１の（ａ）及び（ｄ）参照）。すなわち、位置ｘ１，ｘ２，ｘ３の各々は、それぞれ、焦点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の焦点距離に対応する。

【0056】

また、ソレノイドコイル１２のシステムには、線材に駆動電流を供給する電源１２２が含まれている。本実施形態において、ソレノイドコイル１２は、太陽光発電パネル１１の背面側に設けられている。この構成によれば、ソレノイドコイル１２の温度を低く保つことができるので、ソレノイドコイル１２が所望の磁場を発生させるために消費する電力（すなわち消費電力）を抑制することができる。本実施形態においては、この消費電力をできるだけ抑制するために、上述したようにソレノイドコイル１２として超伝導コイルを採用している。ただし、ソレノイドコイル１２は、超伝導コイルに限定されず、常伝導コイルであってもよい。

【0057】

なお、ソレノイドコイル１２を構成する超伝導体は、既存の超伝導体の中から適宜選択することができる。ソレノイドコイル１２を構成する超伝導体は、相対的に臨界温度が低い金属系の超伝導体であってもよいし、相対的に臨界温度が高い銅酸化物系の超伝導体であってもよい。銅酸化物系の超伝導体は、高温超伝導体とも呼ばれる。金属系の超伝導体の例としては、Ｎｂ_３ＳｎやＭｇＢ_２などが挙げられる。銅酸化物系の超伝導体としては、Ｂｉ_２Ｓｒ_２Ｃａ_３Ｃｕ_ｙＯやＹＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_７－δなどが挙げられる。太陽光発電パネル１１の背面側に形成される陰に含まれる領域の典型的な温度は、－１５０℃から－１７０℃程度である。そのため、ソレノイドコイル１２が太陽光発電パネル１１の背面側に設けられていることによって、ソレノイドコイル１２が太陽光に晒される場合と比較して、ソレノイドコイル１２の温度を超伝導臨界温度以下に冷却するために要する電力を低減することができる。

【0058】

ソレノイドコイル１２は、製造する放射性同位体に応じて所定のエネルギーを有する荷電粒子の放射線を焦点に集束させる磁場を発生することができるように、その内径Ｒｉと、線材の巻数と、が設計されている。また、制御部Ｃは、上述した所定のエネルギーを有する荷電粒子の放射線を焦点に集束させる磁場を発生するように電源１２２を制御する。電源１２２が適切な駆動電流をソレノイドコイル１２に供給することにより、ソレノイドコイル１２は、製造する放射性同位体に応じて所定のエネルギーを有する荷電粒子の放射線を焦点に集束させることができる。製造装置１０を用いて製造する放射性同位体の例としては、Ｇｅ－６８、Ｉ－１２５、及びＭｏ－９９が挙げられる。

【0059】

Ｇｅ－６８を製造する場合、所定のエネルギーを有する荷電粒子の放射線は、１３ＭｅＶ以上６０ＭｅＶ以下のエネルギーを有する水素イオン（陽子）の放射線である。水素イオンの放射線は、陽子線とも呼ばれる。また、陽子のエネルギーは、１３ＭｅＶ以上３０ＭｅＶ以下であることが好ましい。

【0060】

また、Ｉ－１２５を製造する場合、所定のエネルギーを有する荷電粒子の放射線は、５ＭｅＶ以上６０ＭｅＶ以下のエネルギーを有する陽子の放射線である。また、陽子のエネルギーは、５ＭｅＶ以上１０ＭｅＶ以下であることが好ましい。

【0061】

また、Ｍｏ－９９を製造する場合、所定のエネルギーを有する荷電粒子の放射線は、５ＭｅＶ以上のエネルギーを有する陽子の放射線である。また、陽子のエネルギーは、５ＭｅＶ以上１６ＭｅＶ以下であることが好ましい。

【0062】

以下の表１に、上述した３つの放射性同位体の各々を製造する場合について、好ましいエネルギーの範囲と、核反応と、製造する放射性同位体の半減期をまとめて示す。また、表１には、各放射性同位体を製造する場合に用いるターゲットを構成する元素を併せて示している。

【0063】

【表1】

なお、エネルギーが高すぎると核破砕反応等が生じて意図しない同位体が製造される場合がある。荷電粒子の放射線のエネルギーが表１に記載のエネルギーの上限値以下であることによって、意図しない同位体が製造されることを防ぐことができる。

【0064】

本実施形態において、内径Ｒｉは、２０ｍである。なお、内径Ｒｉは、適宜定めることができる。なお、地上でソレノイドコイル１２を組み立てておき、組立済のソレノイドコイル１２をロケットで宇宙空間まで運搬する場合、ソレノイドコイル１２のサイズ（例えば外径Ｒｏ及び内径Ｒｉ）は、ロケットのフェアリングに収容可能な大きさに限定される。すなわち、ソレノイドコイル１２のサイズは、フェアリングのサイズの制約を受ける。一方、ソレノイドコイル１２の各部品を宇宙空間まで運搬したうえで、宇宙空間においてソレノイドコイル１２を組み立てる場合、ソレノイドコイル１２のサイズは、フェアリングサイズの制約を受けない。

【0065】

製造装置１０においては、ソレノイドコイルの内径Ｒｉが大きければ大きいほど、多くの放射線を集束させることができるので、放射線のフルエンス率を高めることができる。したがって、製造装置１０は、放射性同位体を製造する場合における効率を高めることができる。

【0066】

例えば、本製造装置を地表面からの高度がおよそ２０００ｋｍ以上５０００ｋｍ以下の軌道上に打ち上げ、放射性同位体を製造する場合、ソレノイドコイルを用いて放射線を集束することにより、放射線の強度を高める必要がある。例えば、ソレノイドコイルの内径Ｒｉを８ｍとし、ソレノイドコイルに４×１０^６Ａ・turnの駆動電流を流すことにより、半径０．２ｍの円板のターゲットに集束させる陽子の量を１５から２０倍程度高めることができる。なお、この場合における陽子のエネルギーは、例えば５０ＭｅＶである。

【0067】

また、太陽からの放射線（陽子）が最も得られる高度が２０００ｋｍ以上５０００ｋｍ以下の領域であるバンアレン帯に製造装置１０を設置した場合、ターゲットに集束させる陽子の量を、国際宇宙ステーション軌道に比べて４桁以上高めることができる。

【0068】

なお、上述したように、製造装置１０においては、製造する放射性同位体に応じて所定のエネルギーを有する荷電粒子の放射線を集束させつつターゲットに照射する。この放射線のエネルギー帯域は、宇宙線を遮蔽するための技術や、宇宙物理学などにおいて取り扱われる加速した宇宙線における放射線のエネルギー領域（典型的には、ＧｅＶのオーダー）よりも大幅に低い。

【0069】

例えば、バンアレン帯に製造装置１０を設置し、ソレノイドコイルの内径Ｒｉを４ｍとし、ソレノイドコイル１２の中心から１１ｍの位置に半径０．２ｍの円板のターゲットを設置し、エネルギーが５０ＭｅＶの陽子をターゲットに集束させるとする。この場合、ソレノイドコイル１２の中心において０．６Ｔ程度の磁場を発生させるように、駆動電流を定めればよい。

【0070】

なお、宇宙物理学の分野において、宇宙反物質の新しい現象に起因する宇宙線を測定するために、ソレノイドコイルを用いて宇宙線を検出器部に集束する場合がある。この場合、ソレノイドコイルを用いて集束される宇宙線のエネルギーは、１ＧｅＶ以上である。このように製造装置１０で用いる宇宙線よりも高エネルギーな宇宙線を集束するため、この分野で用いられるソレノイドコイルは、ソレノイドコイル１２よりも内径が小さく、長さが長い傾向がある。

【0071】

（ガイドレール）
ガイドレール１３は、ソレノイドコイル１２の中心軸Ａｃに沿って延伸された、金属製の柱状部材である。本実施形態では、図１の（ｄ）に示すように、ガイドレール１３として２本の柱状部材を平行に配置している。ただし、ガイドレール１３の本数は、２本に限定されるものではなく、適宜定めることができる。

【0072】

図１の（ｃ）に示すように、ガイドレール１３の断面形状は、アルファベットの「Ｃ」字状である。別の言い方をすれば、ガイドレール１３は、中空な四角柱をベースにして、その四角柱を構成する４つの側面のうち１つの側面に、四角柱が延伸されている軸方向と平行な切り込みを形成することによって得られる。

【0073】

ガイドレール１３の中空部分には、後述するホルダー１４の嵌合部１４ｂが、軸受け１４ｄを介して嵌合する。

【0074】

（ホルダー）
ホルダー１４は、保持部１４ａと、嵌合部１４ｂと、連結部１４ｃと、軸受け１４ｄと、を備えている（図１の（ｃ）参照）。

【0075】

保持部１４ａは、金属製の板状部材である。本実施形態において、保持部１４ａの形状は、主面を平面視した場合に、円形である。ただし、保持部１４ａの形状は、これに限定されず適宜定めることができる。保持部１４ａの直径は、後述するターゲット２１の直径に応じて適宜定めることができる。

【0076】

保持部１４ａの一方の主面には、ターゲット２１を固定することができる。図１の（ｃ）及び（ｄ）においては、ターゲット２１が固定された状態のホルダー１４を図示している。また、本実施形態では、後述するガイドレール１３に３つのホルダー１４を固定することができるように、製造装置１０は構成されている。したがって、３つのホルダー１４及びターゲット２１の各々の末尾に１～３の番号を付すことによって、必要に応じてホルダー１４及びターゲット２１の各々を区別する。具体的には、図１の（ｄ）に示すように、位置ｘ１に位置するホルダー１４及びターゲット２１をホルダー１４１及びターゲット２１１とし、位置ｘ２に位置するホルダー１４及びターゲット２１をホルダー１４２及びターゲット２１２とし、位置ｘ３に位置するホルダー１４及びターゲット２１をホルダー１４３及びターゲット２１３とする。ただし、ホルダー１４及びターゲット２１の数は、３つに限定されるものではなく、１個であってもよいし、任意の複数であってもよい。

【0077】

嵌合部１４ｂは、後述するガイドレール１３に嵌合しつつ、ガイドレール１３に沿って往復運動するように構成されている。本実施形態において、嵌合部１４ｂは、金属製のブロックである。本実施形態において、嵌合部１４ｂは、直方体状であり、且つ、嵌合部１４ｂのサイズは、後述するガイドレール１３の内部に、後述する軸受け１４ｄとともに収容可能なように設計されている。嵌合部１４ｂは、保持部１４ａと同様に金属製の板状部材である連結部１４ｃを介して、保持部１４ａの外縁から外側へ向かって突出するように、保持部１４ａに対して固定されている。換言すれば、保持部１４ａは、連結部１４ｃを介して嵌合部１４ｂに固定されている。

【0078】

本実施形態においては、保持部１４ａ、嵌合部１４ｂ、及び連結部１４ｃは、同じ金属を用いて一体成型されている。ただし、保持部１４ａ、嵌合部１４ｂ、及び連結部１４ｃは、各部材が別個に構成されており、各部材を結合することにより一体化されていてもよい。

【0079】

なお、本実施形態においては、上述したようにガイドレール１３を２本設けている。そのため、嵌合部１４ｂ及び連結部１４ｃは、ガイドレール１３の本数に対応して、保持部１４ａの外縁の２箇所に設けられている。図１の（ｃ）においては、それら２箇所に設けられた嵌合部１４ｂ及び連結部１４ｃのうち一方のみを図示している。なお、嵌合部１４ｂ及び連結部１４ｃは、回転対称性を有する位置に設けられていることが好ましい。すなわち、ガイドレール１３の本数が２本である場合、嵌合部１４ｂ及び連結部１４ｃは、保持部１４ａの外縁に１８０度ごとに設けられることが好ましいし、ガイドレール１３の本数が３本である場合、嵌合部１４ｂ及び連結部１４ｃは、保持部１４ａの外縁に１２０度ごとに設けられることが好ましい。

【0080】

軸受け１４ｄは、ガイドレール１３に嵌合した状態の嵌合部１４ｂが、ガイドレール１３に沿ってスムースに往復運動できるように、嵌合部１４ｂとガイドレール１３との間に生じ得る摩擦抵抗を低減するための構成である。本実施形態では、軸受け１４ｄとして、６個のボールベアリングを採用している。ただし、軸受け１４ｄは、ボールベアリングに限定されるものではなく、既存のベアリングのなかから適宜選択することができる。また、本実施形態において、軸受け１４ｄは、図示を省略しているリテーナーを介して嵌合部１４ｂに固定されている。ただし、軸受け１４ｄは、ガイドレール１３の中空部分にリテーナーを介して固定されていてもよい。この場合、ガイドレール１３の内壁にリテーナーを介して、複数の軸受け１４ｄを固定しておけばよい。

【0081】

嵌合部１４ｂとガイドレール１３との間に軸受け１４ｄが介在することによって、嵌合部１４ｂは、ガイドレール１３に沿って滑らかに往復運動することができる。

【0082】

なお、図１の（ｃ）に示すように、嵌合部１４ｂがガイドレール１３の中空部に嵌合しているため、ガイドレール１３の端部においてのみ、ホルダー１４をガイドレール１３に嵌合させることができるし、ホルダー１４をガイドレール１３から取り外すことができる。本実施形態においては、ガイドレール１３の両端部のうちソレノイドコイル１２から遠い側（ｘが大きい側）の端部に、後述する装填回収部１８を設けている（図１の（ｄ）参照）。装填回収部１８は、ガイドレール１３の端部において、ガイドレール１３にターゲット２１を保持したホルダー１４を装填するとともに、ガイドレール１３からターゲット２１を保持したホルダー１４を回収する。

【0083】

放射線を照射された後にガイドレール１３から回収されたターゲット２１は、製造された放射性同位体を含む。したがって、ターゲット２１から発せられる放射線が漏洩しないように、装填回収部１８において、ターゲット２１は、金属製の遮蔽容器１９に収納されていることが好ましい。

【0084】

装填回収部１８の内部においては、放射線を照射される前の新しいターゲット２１を含むホルダー１４が遮蔽容器１９から取り出され、ガイドレール１３に装填される。また、装填回収部１８の内部においては、放射線を照射された後のターゲット２１、すなわち放射性同位体を含むターゲット２１がガイドレール１３から回収され、遮蔽容器１９に戻される。

【0085】

ガイドレール１３にホルダー１４を装填する場合、ホルダー１４の嵌合部１４ｂをガイドレール１３の中空部に嵌合させたうえで、ホルダー１４に対してｘ軸負方向へ向かう力を作用させる。これにより、ホルダー１４は、ガイドレール１３に沿って、ｘ軸負方向へ向かって並進運動する。

【0086】

（ストッパー及び推進力印加部）
ストッパー１６１，１６２，１６３の各々は、ガイドレール１３における嵌合部１４ｂ（延いてはガイドレール１３におけるホルダー１４）の位置をロック又はリリースする。換言すれば、ホルダー１４１，１４２，１４３の各々は、それぞれ、ストッパー１６１，１６２，１６３の各々により、焦点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の各位置に、ガイドレール１３に対して固定される。

【0087】

図１の（ｄ）に示すように、ストッパー１６１は、ターゲット２１１の表面が位置ｘ１に位置するように設けられている。同様に、ストッパー１６２は、ターゲット２１２の表面が位置ｘ２に位置するように設けられており、ストッパー１６３は、ターゲット２１３の表面が位置ｘ３に位置するように設けられている。ストッパー１６１，１６２，１６３の各々は、設けられている位置がことなるものの、構成は同一である。そこで、以下においては、特に区別する必要が無い場合には、ストッパー１６１，１６２，１６３のことを単にストッパー１６と称する。

【0088】

ストッパー１６は、２つの突出部１６ａ，１６ｂを備えている。突出部１６ａ，１６ｂの各々は、ガイドレール１３の延伸方向に対して直交する方向に往復運動可能なように構成されている。その結果、突出部１６ａ，１６ｂの各々は、ガイドレール１３に収容された状態（以下においてリリース状態）と、ガイドレール１３から突出した状態（以下においてロック状態）と、を取り得る。なお、ロック状態において、突出部１６ａ，１６ｂの各々は、ガイドレール１３から中心軸Ａｃに向かって突出するように構成されている。

【0089】

リリース状態においては、突出部１６ａ，１６ｂの各々がガイドレール１３に収容されているため、突出部１６ａ，１６ｂの各々は、ｘ軸正方向（装填時）又はｘ軸負方向（回収時）に向かって移動するホルダー１４及びターゲット２１の動きを妨げない。一方、ロック状態においては、突出部１６ａ，１６ｂの各々がガイドレール１３から突出しているため、突出部１６ａ，１６ｂの各々は、ホルダー１４及びターゲット２１の動きを妨げる。

【0090】

例えば、ホルダー１４１をガイドレール１３に装填する場合、ストッパー１６１の突出部１６ａのみをガイドレール１３から突出させ、ストッパー１６１の突出部１６ｂ、ストッパー１６２、及びストッパー１６３をガイドレール１３に収容しておく。その状態で装填回収部１８からガイドレール１３に装填されたホルダー１４は、ガイドレール１３のｘ軸正方向側の端部からｘ軸負方向に向かって移動し、ストッパー１６１の突出部１６ａに引っかかり、その移動を止められる。その状態でストッパー１６１の突出部１６ｂを突出させることにより、ホルダー１４１に保持されたターゲット２１１は、焦点Ｐ１に固定される。

【0091】

一方、ホルダー１４１をガイドレール１３から回収する場合、ガイドレール１３から突出しているストッパー１６１の突出部１６ａ，１６ｂのうち突出部１６ｂをガイドレール１３に収容する。その状態で、推進力印加部１７をホルダー１４１に保持されたターゲット２１１に作用させることにより、ホルダー１４１は、焦点Ｐ１からｘ軸正方向へ向かって移動する。宇宙空間においては、重力がないため、嵌合部１４ｂとガイドレール１３との間に生じ得る摩擦力は、とても小さい。そのため、ターゲット２１１を保持するホルダー１４１は、容易に装填回収部１８に到達し、回収される。

【0092】

ここでは、位置ｘ１に対応するように設けられたストッパー１６１を例にしている。ただし、ストッパー１６２，１６３もストッパー１６１と同様に構成されていればよい。

【0093】

なお、推進力印加部１７（図１の（ｄ）においては、位置ｘ１に対応する推進力印加部１７１、位置ｘ２に対応する推進力印加部１７２、及び、位置ｘ３に対応する推進力印加部１７３）は、ホルダー１４及びターゲット２１の少なくとも何れかにｘ軸負方向へ向かう推進力を印加可能であればどのように構成されていてもよい。図１の（ｄ）においては、手元の端部をガイドレール１３に固定したハンマーを用いて推進力印加部１７を構成している。ただし、推進力印加部１７は、これに限定されず、ターゲット２１を保持したホルダー１４をｘ軸正方向に向かって移動させることができる構成であればよい。

【0094】

また、図１の（ｄ）においては図示を省略しているが、ガイドレール１３の両端部のうち装填回収部１８側の端部には、推進力印加部１７と同様の構成であって、ターゲット２１を保持したホルダー１４をｘ軸負方向に向かって移動させる推進力印加部を設けておけばよい。

【0095】

また、製造装置１０の一変形例では、上述した推進力印加部１７の代わりに、自走式のターゲット設置回収ロボット１７Ａを採用することもできる（図２参照）。なお、図２においては、ｘ軸方向における位置ｘ１，ｘ２，ｘ３の図示を省略している。ただし、本変形例における位置ｘ１，ｘ２，ｘ３は、図１の（ｄ）に図示する位置ｘ１，ｘ２，ｘ３と同じ位置である。

【0096】

ターゲット設置回収ロボット１７Ａは、ガイドレール１３を構成する２本の柱状部材の間を、中心軸Ａｃに沿って、自走可能なように構成されている。ターゲット設置回収ロボット１７Ａが中心軸Ａｃに沿って自走するための構成は、限定されない。ターゲット設置回収ロボット１７Ａは、ターゲット２１１～２１３を筒状の本体に固定したり開放したりすることができる。本変形例において、ターゲット設置回収ロボット１７Ａは、本体内に電磁石を備えており、ホルダー１４１～１４３の各々が磁性体（例えば鉄）により構成されている。この構成によれば、ターゲット設置回収ロボット１７Ａの電磁石がオンの場合、ホルダー１４１～１４３の各々は、本体に固定され、電磁石がオフの場合、ホルダー１４１～１４３の各々は、本体から開放される。

【0097】

ターゲット２１１～２１３の各々を、それぞれ、ガイドレール１３の位置ｘ１～ｘ３に充填する場合、ターゲット設置回収ロボット１７Ａは、ターゲット２１１～２１３を本体に固定した状態（電磁石がオンの状態）で、ｘ軸負方向へ向かって自走する（図２の（ａ）参照）。なお、ストッパー１６１～１６３の各々の突出部１６ａ，１６ｂは、ストッパー１６１の突出部１６ａのみがガイドレール１３から突出し、他の突出部は、ガイドレール１３に収容されている。

【0098】

ターゲット設置回収ロボット１７Ａがｘ軸負方向へ自走していき、ターゲット２１１が位置ｘ１に至ると、ストッパー１６１の突出部１６ｂがガイドレール１３から突出し、ストッパー１６１の突出部１６ａとともにホルダー１４１を挟み込む。その後、ターゲット設置回収ロボット１７Ａは、ｘ軸正方向へ向かって自走する。この時、ターゲット設置回収ロボット１７Ａの電磁石はオンのままであるが、ホルダー１４１は、ストッパー１６１の突出部１６ａ，１６ｂに挟み込まれている。そのため、ホルダー１４１及びターゲット２１１は、位置ｘ１に残置される。一方、ホルダー１４２，１４３は、ターゲット設置回収ロボット１７Ａの本体に固定されたまま、ｘ軸正方向に向かって移動する。

【0099】

ターゲット２１２が位置ｘ２に至ると、ストッパー１６２の突出部１６ａ，１６ｂがガイドレール１３から突出する。ストッパー１６２の突出部１６ａ，１６ｂは、ホルダー１４２を挟み込む（図２の（ｂ）参照）。その後、ターゲット設置回収ロボット１７Ａは、ｘ軸正方向へ向かって自走する。この時、ターゲット設置回収ロボット１７Ａの電磁石はオンのままであるが、ホルダー１４２は、ストッパー１６２の突出部１６ａ，１６ｂに挟み込まれている。そのため、ホルダー１４２及びターゲット２１２は、位置ｘ２に残置される。一方、ホルダー１４３は、ターゲット設置回収ロボット１７Ａの本体に固定されたまま、ｘ軸正方向に向かって移動する。

【0100】

ターゲット２１３が位置ｘ３に至ると、同様に、ストッパー１６３の突出部１６ａ，１６ｂがガイドレール１３から突出し、ホルダー１４３を挟み込む。その後、ターゲット設置回収ロボット１７Ａは、電磁石をオフにし、ｘ軸正方向へ向かって自走する。以上の工程により、ターゲット２１１～２１３の各々は、ガイドレール１３に充填される。

【0101】

ターゲット２１１～２１３の各々を、それぞれ、ガイドレール１３の位置ｘ１～ｘ３から回収する場合、ターゲット設置回収ロボット１７Ａは、電磁石をオン状態にしたうえで、ｘ軸負方向へ向かって自走する。ターゲット設置回収ロボット１７Ａが位置ｘ３に至ると、ストッパー１６３の突出部１６ａ，１６ｂをガイドレール１３に収容する。これにより、ターゲット２１３は、ホルダーを介してターゲット設置回収ロボット１７Ａの本体に固定され、ターゲット設置回収ロボット１７Ａとともに移動可能な状態になる。

【0102】

ターゲット設置回収ロボット１７Ａは、ターゲット２１３とともにｘ軸負方向へ向かって自走する。ターゲット設置回収ロボット１７Ａが位置ｘ２に至ると、ストッパー１６２の突出部１６ａ，１６ｂをガイドレール１３に収容する（図２の（ｃ）参照）。これにより、ターゲット２１２は、ホルダーを介してターゲット設置回収ロボット１７Ａの本体に固定され、ターゲット設置回収ロボット１７Ａとともに移動可能な状態になる。

【0103】

ターゲット設置回収ロボット１７Ａは、ターゲット２１２，２１３とともにｘ軸負方向へ向かって自走する。ターゲット設置回収ロボット１７Ａが位置ｘ１に至ると、ストッパー１６１の突出部１６ｂをガイドレール１３に収容する。これにより、ターゲット２１１は、ホルダーを介してターゲット設置回収ロボット１７Ａの本体に固定され、ターゲット設置回収ロボット１７Ａとともに移動可能な状態になる。

【0104】

その後、ターゲット設置回収ロボット１７Ａは、ターゲット２１１～２１３を本体に固定したまま、ｘ軸正方向へ向かって自走する（図２の（ｄ）参照）。以上の工程により、ターゲット２１１～２１３の各々は、ガイドレール１３から回収される。

【0105】

（ターゲット）
ターゲット２１は、金属製の板状部材である。本実施形態において、ターゲット２１の形状は、その主面を平面視した場合に、円形状である。なお、図１の（ｃ）においては、ターゲット２１の一部が拡大して図示されているため、ターゲット２１の外縁を構成する弧の一部のみが図示されている。また、ターゲット２１は、ホルダー１４の保持部１４ａにより保持されている。

【0106】

ターゲット２１は、所定のエネルギーを有する放射線を照射されることにより所定の放射性同位体を生成する元素により構成されている。ターゲット２１を構成する元素の例としては、Ｇａ－６９、Ｔｅ－１２５、及びＭｏ－１００が挙げられる。Ｇａ－６９に対して陽子線を照射することによりＧｅ－６８を製造することができる。また、Ｔｅ－１２５に対して陽子線を照射することによりＩ－１２５を製造することができる。また、Ｍｏ－１００に対して陽子線を照射することによりＭｏ－９９を製造することができる。

【0107】

このように、製造装置１０においては、ターゲット２１を構成する元素と、ターゲット２１に照射する放射線とを適宜選択することにより、様々な種類の放射性同位体を製造することができる。

【0108】

製造装置１０においては、上述したように、ガイドレール１３の異なる位置ｘである位置ｘ１，ｘ２，ｘ３の各々に、ターゲット２１を保持しているホルダー１４を固定することができる。したがって、製造装置１０においては、３組のターゲット２１及びホルダー１４に対して同時に放射線を照射することによって放射性同位体を製造することができる。

【0109】

なお、製造装置１０においては、図１の（ｄ）に示すように、複数のターゲット２１１～２１３のうち少なくとも１つのターゲット（本実施形態ではターゲット２１２，２１３）の前段に設けられた遮蔽材（本実施形態では遮蔽材１５２，１５３）を更に備えている。大きなエネルギーを有する放射線が集束される焦点に位置するターゲットの前段にこのような遮蔽材を設けることによって、ターゲットに集束される放射線のエネルギーを、放射性同位体を製造するために適切なエネルギーまで低下させることができる。

【0110】

本実施形態において、遮蔽材１５２，１５３は、金属や樹脂などにより構成された板状部材である。遮蔽材１５２，１５３を構成する金属や樹脂などは、放射線のエネルギーを所定のエネルギーに近づけるように吸収する材料であればよい。遮蔽材１５２，１５３を構成する金属の一例としては、アルミニウムが挙げられる。また、遮蔽材１５２，１５３を構成する樹脂の一例としては、アクリル樹脂（例えばPoly Methyl Methacrylate, PMMA）が挙げられる。

【0111】

（ターゲット及び放射性同位体の運搬）
放射線を照射される前の新しいターゲット２１を含むホルダー１４を、地球上から製造装置１０まで運搬する手段は、特に限定されないが、例えば、宇宙船を利用することができる。宇宙船を利用する場合、大量のターゲット２１をまとめて製造装置１０に運搬しておくことが好ましい。

【0112】

また、放射線を照射された後のターゲット２１、すなわち放射性同位体を含むターゲット２１を製造装置１０から地球上へ運搬する方法としては、ターゲット２１を回収用のポッドに収容し、そのポッドを地球上へ投下する方法が考えられる。ポッドを用いて地球上へ投下することにより、頻繁に放射性同位体を地球上へ運搬することができるので、半減期が短い放射性同位体であっても効率良く製造することができる。なお、ポッドを用いたこの方法については、第２の実施形態において説明する。

【0113】

なお、ターゲット２１を運搬する場合には、新しいターゲット２１であるか放射性同位体を含むターゲット２１であるかに関わらず、装填回収部１８に収容しておくことが好ましい。

【0114】

（変形例）
図１に示した製造装置１０においては、ソレノイドコイル１２の一方の側（図１に示した状態では右側）にのみガイドレール１３及び装填回収部１８を設けている。この構成では、ｘ軸正方向へ向かって伝搬する放射線のみを集束しターゲット２１に照射することができる。

【0115】

ただし、製造装置１０の一変形例においては、ソレノイドコイル１２の両側（図１に示した状態では右側及び左側）にガイドレール１３及び装填回収部１８を設けることもできる。この構成によれば、ｘ軸正方向へ向かって伝搬する放射線に加えてｘ軸負方向へ向かって伝搬する放射線も放射性同位体の製造に用いることができる。

【0116】

（製造方法）
本実施形態では、製造装置１０について説明したが、図３に示すように、宇宙空間において放射線をターゲットに照射することによって放射性同位体を製造する製造方法Ｍ１０も本発明の範疇に含まれる。製造方法Ｍ１０は、製造装置１０において実施される製造方法である。

【0117】

図３に示すように、製造方法Ｍ１０は、集束工程Ｓ１１と、照射工程Ｓ１２と、を含む。集束工程Ｓ１１は、製造する放射性同位体に応じて所定のエネルギーを有する荷電粒子の放射線を、そのエネルギーに応じて、焦点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３に集束させる工程である。集束工程Ｓ１１は、ソレノイドコイル１２を用いて実施される。

【0118】

照射工程Ｓ１２は、集束工程Ｓ１１において集束された放射線を、各焦点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３においてターゲット２１に照射する工程である。

【0119】

〔第２の実施形態〕
本発明の第２の実施形態に係る製造システム１について、図４を参照して説明する。図４は、製造システム１に含まれる複数の製造装置１０の各々が備えている各太陽光発電パネル１１の平面図である。本実施形態において、製造システム１は、４つの製造装置１０を備えている。ここでは、４つの製造装置１０の各々を区別するために、それぞれの製造装置１０を製造装置１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄとする。ただし、製造システム１は、複数の製造装置１０を備えていればよく、その数は、４つに限定されない。

【0120】

製造装置１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄを構成する各部材については、第１の実施形態にて説明した製造装置１０を構成する各部材と同じ符号を付記し、その説明を省略する。

【0121】

図４に示すように、製造装置１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄの各々が備えているソレノイドコイル１２の中心軸Ａｃは、略平行（本実施形態においては平行）であることが好ましい。そのうえで、各ソレノイドコイル１２の開口部１２１を平面視した場合に、隣接するソレノイドコイル１２の開口部１２１同士は、何れも重なっていないことが好ましい。

【0122】

製造システム１の装填回収部１８においては、遮蔽容器１９が製造装置１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄを順番に巡回する。装填回収部１８は、新しいターゲット２１を各製造装置１０のガイドレール１３に装填するとともに、放射性同位体を含むターゲット２１を各製造装置１０のガイドレール１３から回収する。製造システム１においては、４つの製造装置１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄを用いて、同時に沢山のターゲット２１に放射線を照射することができるので、放射性同位体を製造する場合における効率を高めることができる。

【0123】

なお、製造システム１は、第１の実施形態に係る製造装置１０と比較して、大量の放射性同位体（本実施形態では４倍の放射性同位体）を製造することができる。そのため、製造システム１においては、第１の実施形態に係る製造装置１０と比較して、より多くの新しいターゲット２１（放射線を照射する前のターゲット２１）を製造システム１の装填回収部１８にストックしておくことが好ましい。

【0124】

製造システム１において製造された放射性同位体は、回収用のポッド２２に収容し、そのポッド２２を地球上へ投下することが好ましい。ポッド２２を用いて地球上へ投下することにより、頻繁に放射性同位体を地球上へ運搬することができるので、半減期が短い放射性同位体であっても効率良く製造することができる。

【0125】

なお、ポッド２２が大気圏に突入したあと、地球上に着地あるいは着水するときには、図４に示すようにパラシュートを用いて衝撃を低減することが好ましい。また、ポッド２２は、ＧＰＳ信号を受信する受信部と、受信したＧＰＳ信号から自身の位置を表す位置情報を生成する位置情報生成部と、当該位置情報を送信する送信部とを備えていることが好ましい。この構成によれば、ポッド２２から送信される位置情報を手がかりにして、ポッド２２を見つけることができる。

【0126】

〔参考例〕
Ｇｅ－６８／Ｇａ－６８ジェネレータを例として、宇宙空間で製造できると予想される放射性同位体の製造量を評価した。なお、以下では、宇宙空間ではなく日本原子力研究開発機構の放射線輸送コードPHITSを用いて評価した。そのため、ここでは、本評価結果を本発明の参考例と称する。なお、Ge-68/Ga-68ジェネレータの実験値は、IAEA-TECDOC-1211より引用した。

【0127】

自然組成のＧａ（^６９Ｇａが６０．１１％、^７１Ｇａが３９．８９％）に陽子線を照射したときに生成される^６８Ｇｅの生成量を評価した。陽子線を１Ｃ（１Ａ・１ｓ）照射したときに生成された^６８Ｇｅの生成量（ＭＢｑ／Ｃ）と、陽子線のエネルギー（ＭｅＶ）との関係を以下の図５に示す。

【0128】

図５は、放射線輸送コードPHITSによる^６８Ｇｅの生成量の計算例を示すグラフである。なお、国際宇宙ステーション軌道付近の陽子線（銀河宇宙線）のフラックスは、１００ＭｅＶの陽子について約２×１０^－３／ｃｍ^２／ｓ／ＭｅＶである。第１の実施形態に係る製造装置１０を設置予定の捕捉粒子線帯の陽子（エネルギーは、およそ１０ＭｅＶ以上２００ＭｅＶ以下）のフラックスは、国際宇宙ステーション軌道付近の１０^３倍から１０^４倍であることが知られている。ここで、内径Ｒｉが２０ｍのであるソレノイドコイル１２を用いて、開口部１２１の領域に入射する陽子線（銀河宇宙線）集束させ、ターゲット２１に照射する場合について計算した。

【0129】

ターゲット２１に１年間照射することにより生成される放射性同位体の生成量を、図６に示す。図６は、国際宇宙ステーション軌道付近の陽子線をターゲット２１に１年間照射することにより得られる生成量のエネルギー依存性を示すグラフである。本参考例では、陽子線のエネルギーを０ＭｅＶ以上２００ＭｅＶ以下の範囲内において変化させた。なお、各陽子線のエネルギー毎のフラックスは、２×１０^－３／ｃｍ^２／ｓ／ＭｅＶと仮定した。

【0130】

図６に示す結果より、５０ＭｅＶごとに矩形近似した場合における放射性同位体の総生成量は、約４１００Ｂｑと評価できる。補足粒子線帯付近に設置した場合は、ソレノイドレンズによる放射線の集束効率が１００％の場合、最大で１０^３倍から１０^４倍である４１ＭＢｑから４１０ＭＢｑ程度の放射性同位体を１年間に生成することができると見積もられる。

【0131】

また、ガイドレール１３をソレノイドコイル１２の両側に設けることによって、図１に示すｘ軸正方向側から伝搬してくる陽子線を利用することができれば、約８０ＭＢｑから０．８ＧＢｑの放射性同位体を１年間に生成できる可能性がある。

【0132】

〔付記事項〕
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0133】

１ 製造システム
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ 製造装置
１１ 太陽光発電パネル
１１１ 受光面
１１２ 電池
１２ ソレノイドコイル
１２１ 開口部
１２２ 電源
Ｃ 制御部
１３ ガイドレール
１４，１４１，１４２，１４３ ホルダー
１４ａ 保持部
１４ｂ 嵌合部
１４ｃ 連結部
１４ｄ 軸受け
１５２，１５３ 遮蔽材
１６ ストッパー
１７ 推進力印加部
１８ 装填回収部
１９ 遮蔽容器
２１，２１１，２１２，２１３ ターゲット

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】