JP4994589B2 - 放射性同位元素製造用ターゲット - Google Patents

Description

本発明は、ターゲット物質と加速粒子との核反応により放射性同位元素を製造するためのターゲットに関する。

脳や心臓、癌などの精密検査における検査方法として、ポジトロン断層撮影法（ＰＥＴ：Positron Emission Tomography）がある。このＰＥＴ検査では、ポジトロン（陽電子）を放出する放射性同位元素（陽電子放出核種）で標識された検査用薬剤を、注射や吸入等により被験者の体内に導入する。体内に導入された検査用薬剤は、代謝されたり特定の部位（例えば、腫瘍や病変箇所）に蓄積されたりする。この際に、検査用薬剤に標識化された放射性同位元素から陽電子が放出され、これと周囲の電子とが結合して消滅する際に放射線（消滅ガンマ線）が放出される。この放射線を検出してコンピュータで処理することにより、特定断面における断層撮影画像が得られる。

ＰＥＴ検査の検査用薬剤に使用される放射性同位元素は、^１８Ｆ、^１５Ｏ、^１１Ｃ、^１３Ｎ等が用いられる。これらは、半減期が２〜１１０分と極めて短いため、病院内の検査室に近い場所にサイクロトロン等の粒子加速器を設置し、この粒子加速器からの加速粒子をターゲット装置に導き、ターゲット物質との核反応により放射性同位元素を製造する。そして、製造された放射性同位元素を所定の化合物（例えば、フルオロデオキシグルコース（ＦＤＧ：Fluoro-Deoxy-Glucose））に組み込んだり、その一部を置き換えたりして合成することで、検査用薬剤（例えば、^１８Ｆ−ＦＤＧ）を製造している。

このような放射性同位元素を製造するための従来のターゲット装置におけるターゲットは、例えば特許文献１に開示されているように、銀（Ａｇ）、チタン（Ｔｉ）等から形成されており、ターゲット物質を収容して加速粒子との核反応に供する。
特開平９−５４１９６号公報

しかしながら、Ａｇからなるターゲットを用いて放射性同位元素を製造する場合には、加速粒子がＡｇターゲットに衝突してＡｇ原子がスパッタされてしまう。そのため、放射性同位元素を回収するチューブ、フィルタ等に銀粉が析出して、放射性同位元素の回収量の低減をもたらし、頻繁にターゲット装置のメンテナンスを行わなければならないという問題があった。

一方、Ｔｉからなるターゲットを用いて放射性同位元素を製造する場合には、スパッタ率が十分小さいためＡｇターゲットのような析出はほとんど問題とならないが、Ｔｉの熱伝導率が低くターゲット物質の冷却効率が低いため、大電流による加速粒子の照射ができず、放射性同位元素の製造効率が低くなるという問題があった。

本発明は、上記した課題を解決するためになされたものであり、加速粒子によるターゲットのスパッタを抑え、かつターゲット物質を効率よく冷却して、放射性同位元素の製造効率を高めることができる放射性同位元素製造用ターゲットを提供することを目的とする。

本発明に係るターゲットは、ターゲット物質と加速粒子との核反応により放射性同位元素を製造するためのターゲットである。このターゲットは、ターゲット物質を収容する収容部を有するターゲット本体と、収容部の表面を被覆するターゲット被膜と、収容部を外部から隔てるように覆うと共に、外部から収容部に導入される加速粒子を通過させるフォイルと、収容部に連通すると共に、収容部と外部との間でターゲット物質の搬入及び搬出を行うための搬送孔と、を備え、ターゲット被膜の加速粒子によるスパッタ率は、ターゲット本体の加速粒子によるスパッタ率よりも小さく、ターゲット本体の熱伝導率は、ターゲット被膜の熱伝導率よりも大きい、ことを特徴とする。

このターゲットでは、ターゲット本体の収容部の表面をスパッタ率のより小さいターゲット被膜で被覆しているため、ターゲットがスパッタされることを抑制することができ、回収ラインのフィルタ等においてスパッタされたターゲット材料の析出を抑えることができる。また、このターゲットは、ターゲット本体の熱伝導率がターゲット被膜よりも大きいため、ターゲット物質が主にこのターゲット本体と熱交換することにより、ターゲット物質をより効率よく冷却することができることから、大電流による加速粒子の照射が可能になる。その結果、放射性同位元素の製造効率の向上が図られる。

このとき、ターゲット被膜はＮｂにより形成され、ターゲット本体はＡｇ又はＣｕにより形成されていると好ましい。このようにすれば、ターゲット被膜としてスパッタ率の小さいＮｂを用いることによりスパッタされたターゲット材料の析出を十分に抑えることができ、またターゲット本体として熱伝導率の大きいＡｇ又はＣｕを用いることによりターゲット物質を効率よく冷却することができる。また、高価なＮｂのみを用いてターゲットを製作した場合に比べてコストを抑えることができる。

また、ターゲット被膜は、ターゲット本体の収容部にＮｂを溶射して形成されていると好ましい。このようにすれば、ターゲット本体の収容部にターゲット被膜を容易にかつ確実に形成することができる。

本発明によれば、加速粒子によるターゲットのスパッタを抑え、かつターゲット物質を効率よく冷却して、放射性同位元素の製造効率の向上を図ることができる放射性同位元素製造用ターゲットを提供することができる。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は本実施形態に係るターゲットを備えたターゲット装置の分解斜視図である。図１に示すように、ターゲット装置１は、第１ボディ部２、ターゲット３及び第２ボディ部４を備えている。

図２は、第１ボディ部２の構成を示す断面図である。図１及び図２に示すように、第１ボディ部２は、開口２１ａと開口２１ｂとを繋ぐ通過孔２２を有する略円柱状の部材である。通過孔２２は、軸Ｘに沿って延びている。この第１ボディ部２の基端には、外向きのフランジ部２９が設けられている。フランジ部２９は、外形が略矩形状をなし、その中央部が円形状に繰り抜かれて凹部２７が設けられている。この凹部２７は、上記した通過孔２２と連通している。一方、第１ボディ部２の先端面２８の周縁部は円形に切り欠かれており、通過孔２２を取り囲む円環状の突条２６が設けられている。

第１ボディ部２の側壁には、軸Ｘと直交する軸Ｙに沿って延び、上記通過孔２２と連通する導入孔２５ａ及び導出孔２５ｂが設けられている。導入孔２５ａは、その先端がＹ字形状に分岐されており、分岐の方向がそれぞれ通過孔２２の開口２１ａ及び開口２１ｂに向いている。これら導入孔２５ａ及び導出孔２５ｂは、通過孔２２内に冷媒としてのＨｅガスを通すために設けられている。

また、第１ボディ部２の突条２６の周りの先端面２８からは、図１に示すように、軸Ｘに沿って延びる六つのボルト穴５０が等間隔に穿設されている。これらボルト穴５０は、上記した凹部２７に連通している。また、第１ボディ部２のフランジ部２９の四隅には、図１及び図２に示すように、基端面側から軸Ｘに沿って延びるボルト穴５１がそれぞれ穿設されている。上記した構成の第１ボディ部２は、例えばアルミ合金により一体成形されている。

ターゲット３は、図３から図５に示すように、軸Ｘにそれぞれ直交する先端面３１ａ及び基端面３１ｂを有する外形が円柱状をなす部材である。このターゲット３は、ターゲット物質を収容する収容部３４を有するターゲット本体３１と、収容部３４の表面を被覆するターゲット被膜３２とを有している。収容部３４は、ターゲット本体３１の先端面３１ａの中央部を長円形に繰り抜いて形成されている。この収容部３４の先端面３１ａ側の部分は拡径されており、シール部材としてのＯリング６２を受ける受け部が設けられている。一方、ターゲット本体３１の基端面３１ｂの中央部は、円形に繰り抜かれて凹部３５が設けられている。この凹部３５には、後述する第２ボディ部４の本体部４０の先端が嵌め込まれる。凹部３５の底面は、更に収容部３４に肉薄する程度まで略矩形に繰り抜かれており、凹部３９が設けられている。

またターゲット本体３１の基端面３１ｂには、凹部３５を挟んで一対の突出部３８が突設されている。この突出部３８は、外形が半円柱状をなし、後述する第２ボディ部４の凹溝４３に嵌め合わされる。これら突出部３８には、軸Ｘ方向にそれぞれフェラル収容孔３６，３７が穿設されている。そして、一方のフェラル収容孔３６からは、収容部３４に連通され収容部３４内にガスを導入するためのガス導入孔３６ｂが延設されている。他方のフェラル収容孔３７からは、収容部３４に連通され収容部３４との間でターゲット物質の搬入及び搬出を行うための搬送孔３７ｂが延設されている。

またターゲット本体３１の先端面３１ａには、シール部材としてのＯリング６１を収容する環状の凹部６０が設けられている。更に、ターゲット本体３１の先端面３１ａからは、図１及び図３に示すように、軸Ｘ方向に延びる六つのボルト穴５２が等間隔に穿設されている。

ターゲット被膜３２は、図５に示すように、ターゲット本体３１の収容部３４の表面を被覆している。ターゲット被膜３２の厚みは、２００μｍ〜３００μｍ程度であり、均一な厚みとなっている。このターゲット被膜３２は、例えば金属を溶射することで形成することができる。

ここで、本実施形態に係るターゲット３では、ターゲット被膜３２の加速粒子（陽子又は重陽子）によるスパッタ率が、ターゲット本体３１の加速粒子によるスパッタ率よりも小さい。また、ターゲット本体３１の熱伝導率が、ターゲット被膜３２の熱伝導率よりも大きい。これを満たすべく、ターゲット本体３１をＡｇ（銀）又はＣｕ（銅）で形成し、ターゲット被膜３２をＮｂ（ニオブ）で形成すると好ましい。

第２ボディ部４は、図６及び図７に示すように、外形が円柱状をなす本体部４０と、本体部４０側面の軸Ｘ方向における中央付近に設けられた鍔部４１と、を有している。本体部４０の基端面４０ａからは、軸Ｘに沿って一対のノズル孔４７，４８が設けられている。一方のノズル孔４７には、冷却水を供給するための供給管（図１の７１）のノズル（図１の７２）が嵌め込まれる。他方のノズル孔４８には、冷却水を回収するための回収管（図１の７４）のノズル（図１の７６）が嵌め込まれる。これらノズル孔４７，４８からは、図７に示すように、本体部４０の先端面４０ｂに向けて冷却水の案内孔４４ａ，４４ｂがそれぞれ延設されている。また本体部４０の先端面４０ｂには、シール部材としてのＯリング６６を収容する環状の凹部６７が設けられている。

鍔部４１は、外形が略矩形をなす。この鍔部４１には、本体部４０を挟んで一対の凹溝４３が設けられている。これら凹溝４３には、ターゲット３の突出部３８がそれぞれ嵌め合わされる。また鍔部４１の四隅には、図１及び図６に示すように、軸Ｘに沿って延びるボルト穴５３がそれぞれ貫通形成されている。上記した構成の第２ボディ部４は、例えばアルミ合金により一体成形されている。

次に、上記した第１ボディ部２、ターゲット３、及び第２ボディ部４の連結について説明する。

まず、ターゲット３が第１ボディ部２の凹部２７に嵌め合わされる。このとき、図１に示すように、外形が略長円形をなすフォイル２３ｂが、第１ボディ部２とターゲット３との間で挟持される。フォイル２３ｂは、加速粒子（陽子又は重陽子）の通過は許容する一方、空気やＨｅガスといった流体の通過を遮蔽する。このフォイル２３ｂは、例えばＴｉ等の金属又は合金から形成された薄い箔であって、厚みが１０μｍ〜５０μｍ程度である。このフォイル２３ｂは、ターゲット３の収容部３４よりも若干大きめに設けられており、且つ第１ボディ部２の通過孔２２の開口２１ｂよりも大きい。従って、第１ボディ部２の通過孔２２とターゲット３の収容部３４とが、このフォイル２３ｂにより隔てられる。

そして、このように第１ボディ部２の凹部２７にターゲット３を嵌め込んだ状態で、第１ボディ部２のボルト穴５０を通してターゲット３のボルト穴５２に図示しないボルトを締結することで、第１ボディ部２とターゲット３とを連結する。このとき、ターゲット３の先端面３１ａの凹部６０に収容されたＯリング６１、及びターゲット３の収容部３４の受け部に設けられたＯリング６２により、気密性が高められている。

次に、ターゲット３が第１ボディ部２に連結された状態で、ターゲット３の突出部３８が第２ボディ部４の鍔部４１の凹溝４３に嵌まり込むようにして、ターゲット３の凹部３５に第２ボディ部４の本体部４０の先端を嵌め合わせる。そして、第２ボディ部４のボルト穴５３を通して第１ボディ部２のボルト穴５１に図示しないボルトを締結することで、第１ボディ部２と第２ボディ部４とを連結する。このとき、第２ボディ部４の本体部４０の先端面４０ｂの凹部６７に収容されたＯリング６６により、気密性が高められている。

このようにして、図８に示すように、本実施形態に係るターゲット装置１が構成される。

次に、本実施形態に係るターゲット装置１の作用及び効果について説明する。

本実施形態に係るターゲット装置１は、図８に示すように、マニホールド１０２を介して、サイクロトロン（粒子加速器）１００からの加速粒子が導出される導出口１０１に装着される。このマニホールド１０２にターゲット装置１を装着する際には、マニホールド１０２と第１ボディ部２との間に、図１に示すような外形が円形をなすフォイル２３ａを挟持させる。フォイル２３ａは、加速粒子（陽子又は重陽子）の通過は許容する一方、空気やＨｅガスといった流体の通過を遮蔽する。このフォイル２３ａは、フォイル２３ｂと同様に、例えばＴｉ等の金属又は合金から形成された薄い箔であって、厚みが１０μｍ〜５０μｍ程度である。このフォイル２３ａは、マニホールド１０２の導入孔１０３の一端における開口よりも若干大きめに設けられており、且つ第１ボディ部２の通過孔２２の開口２１ａよりも大きい。従って、第１ボディ部２の通過孔２２とマニホールド１０２の導入孔１０３とが、このフォイル２３ａにより隔てられる。

このマニホールド１０２には、ターゲット装置１の第１ボディ部２の導入孔２５ａ及び導出孔２５ｂにそれぞれ連通する、導入孔１０４及び導出孔１０５が形成されている。

放射性同位元素を製造する際には、上記したようにターゲット装置１をサイクロトロン１００側に設けられたマニホールド１０２に装着して、セットアップを行う。まず、ターゲット物質としてのターゲット水（^１８Ｏ水）を供給するためのチューブ６３ａの先端に設けられたフェラル６３ｂを、ターゲット３のフェラル収容孔３７に嵌め込む。また、ターゲット３の収容部３４にＨｅガスを導入するためのチューブ６４ａの先端に設けられたフェラル６４ｂを、ターゲット３のフェラル収容孔３６に嵌め込む。更に、ターゲット本体３１を冷却するための冷却水を供給する供給管７１の先端に設けられたノズル７２を、第２ボディ部４のノズル孔４７に嵌め込む。また、ターゲット水を回収するための回収管７４の先端に設けられたノズル７６を、第２ボディ部４のノズル孔４８に嵌め込む。

そして、供給管７１から冷却水の供給を開始し、第２ボディ部４の案内孔４４ａ、ターゲット３の凹部３９、第２ボディ部４の案内孔４４ｂ、及び回収管７４といった具合に、冷却水を循環させる。

また、マニホールド１０２の導入孔１０４から冷媒としてのＨｅガスの供給を開始し、第１ボディ部２の導入孔２５ａ、通過孔２２（特にフォイル２３ａ，２３ｂに向けて）、導出孔２５ｂ、及びマニホールド１０２の導出孔１０５といった具合に、Ｈｅガスを流動させる。

この状態で、チューブ６３ａからターゲット水を収容部３４に供給する。このとき、チューブ６４ａを通して収容部３４内に高圧でＨｅガスを供給する。このように加圧することにより、ターゲット水の沸騰による気泡の発生が抑制される。

そして、サイクロトロン１００からマニホールド１０２の導入孔１０３を通して、ターゲット装置１に加速粒子を導入する。導入された加速粒子は、フォイル２３ａ、通過孔２２及びフォイル２３ｂを順に通過して、収容部３４内に至る。収容部３４内には、ターゲット水が貯留されており、加速粒子間とでの^１８Ｏ（ｐ，ｎ）^１８Ｆで表される核反応により、一次生成物として^１８Ｆ⁻で表される放射性同位元素が生成される。そして、生成された放射性同位元素を含むターゲット水が、チューブ６３ａを逆流させて図示しないフィルタを通してから回収される。

そして、回収された放射性同位体元素を用いてＰＥＴ検査の検査用薬剤としてＦＤＧが合成される。

上記した本実施形態に係るターゲット装置１は、ターゲット被膜３２の加速粒子によるスパッタ率がターゲット本体３１の加速粒子によるスパッタ率よりも小さい。従って、ターゲット３のスパッタが抑制され、回収ラインのフィルタ等におけるターゲット３の析出を抑えることができる。また、ターゲット本体３１の熱伝導率がターゲット被膜３２の熱伝導率よりも大きい。従って、ターゲット本体３１とターゲット水との間で効率良い熱交換を行うことができることから、大電流で加速粒子の照射を行うことができる。その結果、放射性同位元素の製造効率の向上を図ることが可能となる。

特に、ターゲット被膜３２をＮｂにより形成し、ターゲット本体３１をＡｇ又はＣｕにより形成すれば、Ｎｂはスパッタ率が十分に小さいためターゲットの析出をより十分に抑えることができ、またＡｇ又はＣｕは熱伝導率が大きいためターゲット物質をより効率よく冷却することができる。また、高価なＮｂのみを用いてターゲットを製作した場合に比べてコストを抑えることができる。

また、ターゲット被膜３２としてＮｂを用いれば、従来ターゲットとして用いられているＴｉと比べて線量当量値が非常に小さく、放射化による人体への影響が少ない。そのため、ターゲット装置３のメンテナンス時等において作業者の被爆量を大きく低減することができる。

また、ターゲット本体３１としてＡｇ又はＣｕを用いれば、高い熱伝導率であるため十分な冷却効果が得られると共に、加工が容易でありコストの低減を図ることができる。

また本実施形態では、Ｈｅガスとの熱交換によりフォイル２３ａ，２３ｂを冷却しているため、加速粒子がフォイル２３ａ，２３ｂを通過することで生じるフォイル２３ａ，２３ｂの温度の著しい上昇を抑制することができる。

また、ターゲット水は収容部３４内においてＨｅガスにより加圧されており、且つ、冷却水を循環させてターゲット本体３１を介して熱交換によりターゲット水を冷却しているため、ターゲット水の沸騰を抑制して気泡の発生を抑えることができ、放射性同位元素の製造効率をより一層高めることができる。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されることなく種々の変形が可能である。例えば、上記の実施形態ではターゲット物質としてターゲット水（^１８Ｏ）と加速粒子との核反応により放射性同位元素として^１８Ｆを製造する場合について説明したが、ターゲット物質は^１８Ｏ水に限定されず、他の液体であってもよい。また、ターゲット物質は液体に限定されることなく、気体又は固体のターゲット物質から放射性同位元素を製造しても良い。

また、上記実施形態では、ターゲット被膜としてＮｂを用いたが、これに限定されることなく、Ｍｏ（モリブデン）によりターゲット被膜を形成してもよい。

また、上記実施形態では、Ｎｂを溶射することによりターゲット被膜３２を形成したが、これに限定されることなく、電解メッキ等の他の方法によりターゲット被膜を形成してもよい。

本実施形態に係るターゲットを備えたターゲット装置の分解斜視図である。 第１ボディ部の構成を示す断面図である。 ターゲットの構成を示す正面図である。 ターゲットの構成を示す背面図である。 図３のＶ−Ｖ線断面図である。 第２ボディ部の構成を示す背面図である。 図６のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図である。 ターゲット装置がサイクロトロンに装着されている様子を示す断面図である。

符号の説明

１…ターゲット装置、２…第１ボディ部、３…ターゲット、４…第２ボディ部、２１ａ，２１ｂ…開口、２２…通過孔、２３ａ，２３ｂ…フォイル、２５ａ，１０３，１０４…導入孔、２５ｂ，１０１，１０５…導出孔、２６…突条、２７，３５，３９，６０，６７…凹部、２８，３１ａ，４０ｂ…先端面、２９…フランジ部、３１…ターゲット本体、３１ｂ，４０ａ…基端面、３２…ターゲット被膜、３４…収容部、３６，３７…フェラル収容孔、３６ｂ…ガス導入孔、３７ｂ…搬送孔、３８…突出部、４０…本体部、４１…鍔部、４３…凹溝、４４ａ，４４ｂ…案内孔、４７，４８…ノズル孔、５０，５１，５２，５３…ボルト穴、６１，６２，６６…Ｏリング、６３ａ，６４ａ…チューブ、６３ｂ，６４ｂ…フェラル、７０，７２，７６…ノズル、７１…供給管、７４…回収管、１００…サイクロトロン、１０２…マニホールド

Claims (3)

1. ターゲット物質と加速粒子との核反応により放射性同位元素を製造するためのターゲットであって、
   前記ターゲット物質を収容する収容部を有するターゲット本体と、
   前記収容部の表面を被覆するターゲット被膜と、
   前記収容部を外部から隔てるように覆うと共に、外部から前記収容部に導入される前記加速粒子を通過させるフォイルと、
   前記収容部に連通すると共に、前記収容部と外部との間で前記ターゲット物質の搬入及び搬出を行うための搬送孔と、を備え、
   前記ターゲット被膜の前記加速粒子によるスパッタ率は、前記ターゲット本体の前記加速粒子によるスパッタ率よりも小さく、前記ターゲット本体の熱伝導率は、前記ターゲット被膜の熱伝導率よりも大きい、ことを特徴とするターゲット。
2. 前記ターゲット被膜はＮｂにより形成され、前記ターゲット本体はＡｇ又はＣｕにより形成されている、ことを特徴とする請求項１に記載のターゲット。
3. 前記ターゲット被膜は、前記ターゲット本体の前記収容部にＮｂを溶射して形成されている、ことを特徴とする請求項２に記載のターゲット。
   

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