特開 2024-16456 放射性同位体製造装置および放射性同位体製造方法

(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】P2024016456

(43)【公開日】2024-02-07

(54)【発明の名称】放射性同位体製造装置および放射性同位体製造方法

(51)【国際特許分類】

   G21G 1/10 20060101AFI20240131BHJP

   G21K 5/08 20060101ALI20240131BHJP

   G21K 5/04 20060101ALI20240131BHJP

   H05H 9/00 20060101ALI20240131BHJP

   H05H 7/10 20060101ALI20240131BHJP

   G21K 1/00 20060101ALI20240131BHJP

【ＦＩ】

G21G1/10

G21K5/08 R

G21K5/04 E

G21K5/04 D

H05H9/00 F

H05H7/10

G21K1/00 E

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022118593

(22)【出願日】2022-07-26

(71)【出願人】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(71)【出願人】

【識別番号】317015294

【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001380

【氏名又は名称】弁理士法人東京国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】宮寺 晴夫

(72)【発明者】

【氏名】大甕 舜一朗

(72)【発明者】

【氏名】藤牧 拓郎

(72)【発明者】

【氏名】中込 宇宙

(72)【発明者】

【氏名】和田 怜志

(72)【発明者】

【氏名】中居 勇樹

【テーマコード（参考）】

2G085

【Ｆターム（参考）】

2G085AA03

2G085BA14

2G085BA16

2G085BA17

2G085CA20

2G085CA24

2G085DA02

2G085DA04

2G085EA07

(57)【要約】

【課題】顧客の要望に応じた放射性同位体を製造することができる放射性同位体製造技術を提供する。
【解決手段】放射性同位体製造装置１は、電子ビームＥを発生させる電子銃２と、電子ビームＥを加速する加速器３と、加速器３で加速された電子ビームＥを振り分ける偏向電磁石４と、偏向電磁石４から枝分かれした先に設けられ、電子ビームＥの入射により放射性同位体が生成される少なくとも２つの製造ポート５とを備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電子ビームを発生させる電子銃と、
前記電子ビームを加速する加速器と、
前記加速器で加速された前記電子ビームを振り分ける偏向電磁石と、
前記偏向電磁石から枝分かれした先に設けられ、前記電子ビームの入射により放射性同位体が生成される少なくとも２つの製造ポートと、
を備える、
放射性同位体製造装置。

【請求項2】

前記偏向電磁石に電力を供給する電源に設けられているフォーシング回路を備える、
請求項１に記載の放射性同位体製造装置。

【請求項3】

前記製造ポートは、放射線を標的に照射することで生じる原子核反応により前記放射性同位体を生成する、
請求項１または請求項２に記載の放射性同位体製造装置。

【請求項4】

前記放射線は、前記電子ビームをラジエーターに照射して発生させた制動放射線である、
請求項３に記載の放射性同位体製造装置。

【請求項5】

前記放射線は、前記電子ビームを中性子生成部材に照射して発生させた中性子線である、
請求項３に記載の放射性同位体製造装置。

【請求項6】

前記電子銃と前記加速器と前記偏向電磁石を制御する制御部を備え、
前記制御部は、予め設定された設定情報に基づいて、複数種類の前記放射性同位体を同時に製造する制御を行う、
請求項１または請求項２に記載の放射性同位体製造装置。

【請求項7】

前記電子銃と前記加速器と前記偏向電磁石を制御する制御部を備え、
前記製造ポートは、前記電子ビームをラジエーターに照射して発生させた制動放射線を標的に照射することで生じる原子核反応により前記放射性同位体を生成するものであり、
前記制御部は、前記ラジエーターと前記標的の加熱が抑えられるように、前記電子ビームの振り分けのタイミングを制御する、
請求項１または請求項２に記載の放射性同位体製造装置。

【請求項8】

前記電子銃と前記加速器と前記偏向電磁石を制御する制御部を備え、
前記制御部は、一方の前記製造ポートに前記電子ビームが送られるようにしつつ、他方の前記製造ポートに前記電子ビームが送られないように制御する、
請求項１または請求項２に記載の放射性同位体製造装置。

【請求項9】

前記電子銃と前記加速器と前記偏向電磁石を制御する制御部を備え、
前記制御部は、それぞれの前記製造ポートに送られる前記電子ビームの割合を変更することで、それぞれの前記製造ポートで生成される前記放射性同位体の割合を変更する制御を行う、
請求項１または請求項２に記載の放射性同位体製造装置。

【請求項10】

前記電子銃と前記加速器と前記偏向電磁石を制御する制御部を備え、
前記制御部は、予め設定された設定情報に基づいて、それぞれの前記製造ポートで生成される前記放射性同位体の製造日時と製造量を調整する制御を行う、
請求項１または請求項２に記載の放射性同位体製造装置。

【請求項11】

前記偏向電磁石と前記製造ポートの間に出し入れされ、前記電子ビームを遮断するビームストッパーを備える、
請求項１または請求項２に記載の放射性同位体製造装置。

【請求項12】

電子銃が、電子ビームを発生させ、
加速器が、前記電子ビームを加速し、
偏向電磁石が、前記加速器で加速された前記電子ビームを振り分け、
前記偏向電磁石から枝分かれした先に設けられた少なくとも２つの製造ポートに前記電子ビームが入射されることで放射性同位体が生成される、
放射性同位体製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、放射性同位体製造技術に関する。

【背景技術】

【0002】

放射性同位体は、ＳＰＥＣＴ（Single Photon Emission Computed Tomography）またはＰＥＴ（Positron Emission Tomography）などの診断、がんの標的アイソトープ治療などの医療に用いる物質として高い需要がある。従来は主に原子炉を用いて放射性同位体を製造していた。ところが、国内では原子炉の稼働の許可のハードルが上がっており、海外では放射性同位体製造用の原子炉の老朽化が問題となっている。そこで、例えば、Ｍｏ－９９またはＡｃ－２２５などの核種を製造する際に、加速器を用いる製造方法が試されている。しかし、原子炉では様々な核種を同時に製造できるが、加速器では製造する核種ごとに標的を交換する必要があり、様々な核種を同時に製造できない。例えば、加速器を用いて単一の核種を製造するだけなら、イオンビームを用いた製造方法がある。しかし、加速器ではイオンビームのエネルギーを変更することが難しく、様々な核種の製造に対応できない。また、この加速器では医療機関で核種を使用する日時と量に合わせて、核種の製造日時と製造量を設定することが難しく、このような顧客の要望に応えることが求められている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００４－１９８２３６号公報

【非特許文献】

【0004】

【非特許文献1】永井 泰樹， 医療用アイソトープ製造と非侵襲個別化医療， 核データニュース， Ｎｏ．１２１（２０１８）

【非特許文献2】伊藤 拓， 加速器による医療用ＲＩの商業生産， 「加速器」Ｖｏｌ．１７, Ｎｏ．３, ２０２０（１８１－１８６）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明が解決しようとする課題は、加速器を用いて、顧客の要望に応じた放射性同位体を製造することができる放射性同位体製造技術を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の実施形態に係る放射性同位体製造装置は、電子ビームを発生させる電子銃と、前記電子ビームを加速する加速器と、前記加速器で加速された前記電子ビームを振り分ける偏向電磁石と、前記偏向電磁石から枝分かれした先に設けられ、前記電子ビームの入射により放射性同位体が生成される少なくとも２つの製造ポートと、を備える。

【発明の効果】

【0007】

本発明の実施形態により、加速器を用いて、顧客の要望に応じた放射性同位体を製造することができる放射性同位体製造技術が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】放射性同位体製造装置を示す構成図。

【図2】製造ポートを示す構成図。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図面を参照しながら、放射性同位体製造装置および放射性同位体製造方法の実施形態について詳細に説明する。

【0010】

図１の符号１は、本実施形態の放射性同位体製造装置である。この放射性同位体製造装置１は、電子銃２と加速器３と偏向電磁石４と複数の製造ポート５と制御部６とを備える。

【0011】

電子銃２と加速器３と偏向電磁石４と製造ポート５とは、電子ビームＥが通過する真空ダクト７で連結されている。真空ダクト７は、偏向電磁石４の部分で枝分かれし、その先に製造ポート５が設けられている。

【0012】

電子銃２は、パルス状の電子ビームＥを発生させる機器である。加速器３は、電子ビームＥを加速する機器である。この加速器３は、線形加速器または円形加速器のいずれでも良い。

【0013】

偏向電磁石４は、電子ビームＥの進行方向を変える機器である。この偏向電磁石４は、高速に励磁と消磁を切り替えることで、加速器３で加速された電子ビームＥをパルスごと（電子バンチごと）に振り分ける。

【0014】

それぞれの製造ポート５は、偏向電磁石４から枝分かれした先に設けられている。それぞれの製造ポート５に、電子ビームＥが入射されることにより、放射性同位体が生成される。なお、図１では、４個の製造ポート５が図示されているが、製造ポート５は２個以上であれば良く、かつ製造ポート５の個数に上限は特に設けていない。

【0015】

例えば、１個目と２個目の製造ポート５では、ＳＰＥＣＴに使用されるＭｏ－９９が製造される。３個目の製造ポート５では、ＳＰＥＣＴに使用されるＬｕ－１７７が製造される。４個目の製造ポート５では、アイソトープ治療に使用されるＡｃ－２２５が製造される。このような態様が考えられる。

【0016】

このようにすれば、放射性同位体ごとの必要量に応じて、電子ビームＥをそれぞれの製造ポート５に振り分けることで、必要な量の放射性同位体を製造することができる。また、１個目と２個目の製造ポート５のように、複数の製造ポート５で同じ放射性同位体を製造する場合には、一方の製造ポート５でメンテナンス作業が行われていても、他方の一方の製造ポート５で放射性同位体の製造を続けることができる。

【0017】

制御部６は、電子銃２と加速器３と偏向電磁石４と製造ポート５を制御する機器である。この制御部６は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤなどのハードウェア資源を有し、ＣＰＵが各種プログラムを実行することで、ソフトウェアによる情報処理がハードウェア資源を用いて実現されるコンピュータで構成される。さらに、本実施形態の放射性同位体製造方法は、各種プログラムをコンピュータに実行させることで実現される。

【0018】

制御部６の各構成は、必ずしも１つのコンピュータに設ける必要はない。例えば、１つの制御部６が、ネットワークで互いに接続された複数のコンピュータで実現されても良い。例えば、制御部６が、それぞれ個別のコンピュータに搭載されていても良い。

【0019】

なお、制御部６は、各種の機器に電力を供給する電源を兼ねる。また、放射性同位体製造装置１は、偏向電磁石４に電力を供給する電源（制御部６）に設けられているフォーシング回路８を備える。このようにすれば、偏向電磁石４の応答時間を短縮し、高速で電子ビームＥの振り分けを行うことができる。

【0020】

また、放射性同位体製造装置１は、偏向電磁石４とそれぞれの製造ポート５の間に出し入れされ、電子ビームＥを遮断する複数のビームストッパー９を備える。これらのビームストッパー９は、制御部６により制御される。

【0021】

例えば、ビームストッパー９が真空ダクト７に入れられると、電子ビームＥが遮断される。また、ビームストッパー９が真空ダクト７から出されると、電子ビームＥが通過可能となる。所定の製造ポート５でメンテナンス作業が行われるときには、ビームストッパー９が真空ダクト７に入れられる。このようにすれば、メンテナンス作業が行われるときに、ビームストッパー９を挿入することで、作業の安全性を向上させることができる。

【0022】

本実施形態では、電子銃２が、電子ビームＥを発生させ、加速器３が、電子ビームＥを加速し、偏向電磁石４が、電子ビームＥを振り分ける。そして、それぞれの製造ポート５に電子ビームＥが入射されることで放射性同位体が生成される。なお、それぞれの製造ポート５で異なる種類の放射性同位体が生成されても良いし、それぞれの製造ポート５で同じ種類の放射性同位体が生成されても良い。

【0023】

また、複数の製造ポート５のうち、所定の１つの製造ポート５でメンテナンス作業を行う場合に、この製造ポート５に対する電子ビームＥの入射が停止される。例えば、制御部６は、一方の製造ポート５に電子ビームＥが送られるようにしつつ、他方の製造ポート５に電子ビームＥが送られないように制御する。このようにすれば、一方の製造ポート５で放射性同位体の生成をしつつ、他方の製造ポート５でメンテナンス作業を行うことができる。

【0024】

なお、メンテナンス作業を行う製造ポート５に対する電子ビームＥの入射の停止と同時に、ビームストッパー９により電子ビームＥが遮蔽されても良い。また、ビームストッパー９による電子ビームＥの遮蔽を行わずに、電子ビームＥの入射の停止のみが行われても良い。

【0025】

図２に示すように、製造ポート５は、ラジエーター２０と標的２１とを備える。製造ポート５は、放射線を標的２１に照射することで生じる原子核反応により放射性同位体を生成する。本実施形態の放射線は、電子ビームＥをラジエーター２０に照射して発生させた制動放射線Ｒである。

【0026】

ラジエーター２０は、例えば、重元素で形成された金属フォイルである。このラジエーター２０の一方の面に電子ビームＥを照射すると、他方の面から制動放射線Ｒが放射される。この制動放射線Ｒが標的２１に照射され、標的２１で放射性同位体が生成される。例えば、制動放射線Ｒの照射により標的２１で原子核の励起により巨大共鳴が生じ、原子核から陽子または中性子が放出され、放射性同位体が生成される。なお、標的２１の核種を適宜変更することで、同じエネルギーの電子ビームＥであっても、様々な種類（核種）の放射性同位体を生成することができる。

【0027】

追加的または代替的に、所定の製造ポート５において、ラジエーター２０の替わりに中性子生成部材が用いられても良い。そして、制動放射線Ｒの替わりに中性子線が発生するものでも良い。例えば、電子ビームＥを中性子生成部材に照射し、発生した中性子線が標的２１に照射されるものでも良い。このようにすれば、中性子線により標的２１で所定の種類の放射性同位体を生成することができる。

【0028】

製造ポート５では、人手または遠隔操作により、標的２１の交換などのメンテナンス作業が行われる。特に図示はしないが、製造ポート５は、メンテナンス用の装置を備える。このメンテナンス用の装置は、例えば、標的２１を遠隔操作で交換するためのロボットアーム、その他の機構などである。

【0029】

図１に示すように、制御部６は、予め設定された設定情報に基づいて、複数種類の放射性同位体を同時に製造する制御を行う。ここで、制御部６は、予め設定された設定情報に基づいて、それぞれの製造ポート５で生成される放射性同位体の製造日時と製造量を調整する制御を行う。このようにすれば、顧客の要望に応じて、必要な製造日時に必要な製造量の放射性同位体を確保することができる。

【0030】

例えば、顧客である医療機関で所定の核種を使用する予定がある場合に、放射性同位体製造装置１のユーザは、その使用日時と使用量を取得する。そして、取得した情報に基づいて、放射性同位体製造装置１で製造する核種と製造日時と製造量が設定される。制御部６は、この設定情報に基づいて、放射性同位体を製造する。このようにすれば、放射性同位体の製造効率を向上させることができる。また、異なる顧客からそれぞれ依頼された核種が異なっている場合でも、それぞれの核種を同時に製造することができる。

【0031】

また、制御部６は、それぞれの製造ポート５に送られる電子ビームＥの割合を変更することで、それぞれの製造ポート５で生成される放射性同位体の割合を変更する制御を行う。このようにすれば、製造ポート５で生成される放射性同位体の割合を調整することができる。例えば、異なる顧客からそれぞれ依頼された放射性同位体の製造量が異なっている場合でも、それぞれの製造量の放射性同位体を同時に製造することができる。

【0032】

制御部６は、ラジエーター２０と標的２１（図２）の加熱が抑えられるように、電子ビームＥの振り分けのタイミングを制御する。このようにすれば、放射性同位体の製造効率を高めつつ、ラジエーター２０と標的２１の加熱を抑えることができる。

【0033】

例えば、ラジエーター２０（または中性子生成部材）に、電子ビームＥを照射すると、このラジエーター２０の温度が上昇する。標的２１も同様に加熱される。ここで、ラジエーター２０が所定の温度まで上昇すると、電子ビームＥの照射を停止し、冷却しなければならない。そこで、電子ビームＥを入射させる加熱期間の他に、電子ビームＥを入射させない冷却期間が設けられる。例えば、１つの製造ポート５に対して電子ビームＥを入射させる際に、加熱期間と冷却期間とが交互に繰り返される。なお、加熱期間と冷却期間は、同じ期間でも良いし、任意に定めた期間でも良い。また、加熱期間と冷却期間は、周期的に繰り返すものでも良い。

【0034】

また、２つの製造ポート５が在る場合には、それぞれの製造ポート５に電子ビームＥを交互に入射させる。このようにすれば、一方の製造ポート５の加熱期間が他方の製造ポート５の冷却期間となり、一方の製造ポート５の冷却期間が他方の製造ポート５の加熱期間となる。

【0035】

本実施形態の制御部６は、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、ＣＰＵ（Central Processing Unit）および専用のチップなどのプロセッサを高集積化させた制御装置と、ＲＯＭ（Read Only Memory）およびＲＡＭ（Random Access Memory）などの記憶装置と、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）およびＳＳＤ（Solid State Drive）などの外部記憶装置と、ディスプレイなどの表示装置と、マウスおよびキーボードなどの入力装置と、通信インターフェースとを備える。この制御部６は、通常のコンピュータを利用したハードウェア構成で実現できる。

【0036】

なお、この制御部６で実行されるプログラムは、ＲＯＭなどに予め組み込んで提供される。追加的または代替的に、このプログラムは、インストール可能な形式または実行可能な形式のファイルでＣＤ－ＲＯＭ、ＣＤ－Ｒ、メモリカード、ＤＶＤ、フレキシブルディスク（ＦＤ）などのコンピュータで読み取り可能な非一時的な記憶媒体に記憶されて提供される。

【0037】

また、この制御部６で実行されるプログラムは、インターネットなどのネットワークに接続されたコンピュータに格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせて提供するようにしても良い。また、この制御部６は、構成要素の各機能を独立して発揮する別々のモジュールを、ネットワークまたは専用回線で相互に接続し、組み合わせて構成することもできる。

【0038】

以上説明した実施形態によれば、電子ビームＥを発生させる電子銃２を備えることにより、加速器３を用いて、顧客の要望に応じた放射性同位体を製造することができる。

【0039】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、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。これら実施形態は、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、組み合わせを行うことができる。これら実施形態またはその変形は、発明の範囲と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。

【符号の説明】

【0040】

１…放射性同位体製造装置、２…電子銃、３…加速器、４…偏向電磁石、５…製造ポート、６…制御部、７…真空ダクト、８…フォーシング回路、９…ビームストッパー、２０…ラジエーター、２１…標的、Ｅ…電子ビーム、Ｒ…制動放射線。

【図1】

【図2】