(57)【要約】  【課題】本発明は、PET断層撮影のための酸素-18の製造に関する。  【解決手段】酸素18を富化した水の生成は、充填カラム内で真空下で胎児水を精留することによって行われる。生産のためのプラントは、第1種の選択と最終濃縮カラムを有する開回路（枯渇なし）で動作する予備濃縮ユニットのカラムからなる：酸素18に集中し、酸素16で排気する。ユニットに供給するために、水が使用され、酸素18の自然量は二酸化炭素との化学同位体交換によって維持され、重水素の生成物および中間生成物中の蓄積は除外される。本発明によるプラントは、重水素に対して95％の濃縮度および標準化された同位体組成を有する酸素18を富化した水を、高い効率および低いレベルの技術的損失で得ることを可能にする。  【選択図】図１【特許請求の範囲】
【請求項１】
予備濃縮塔において第1の種類の中間酸素濃縮物18を選択して開回路で動作する酸素18中の予備濃縮を含む真空中で水を精留することにより原料 - 天然水から酸素18を富化した水を得る方法であって、
酸素濃縮酸素濃縮器-18および酸素-16カラムからなる最終濃縮カラムのカスケード中の中間濃縮物の最終富化, 前記前濃縮塔内を循環する前記プラント水の供給のために、二酸化炭素と化学同位体交換によって維持される酸素18の天然含量、これは天然の水である原材料との化学同位体交換によって酸素18の天然含量を支援する。
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
原材料 - 天然水から酸素18を豊富に含む水を得るためのプラント-は、第1の種類の予備濃縮精留塔を選択して枯渇することなく開放回路上に並列に作用する形で製造された予濃縮ユニット, および酸素濃縮18列の形態で作られた最終濃縮ユニット酸素16列で排気し、
前記プラントは、前記水 - 二酸化炭素システム内の化学同位体交換カラムの複合体と共に、前記濃縮前濃縮ユニットの供給ライン上に追加的に設けられる
ことを特徴とするプラント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、PET断層撮影のための酸素-18の製造に関連し、同位体酸素18（重酸素水、Н2О-18）に富む水を生成するために使用することができる。
【背景技術】
【０００２】
同位体酸素18（Н2О-18）を豊富に含む水は、現在、医学、農薬および生化学において広く使用されている。1914年に初めて熱拡散法（非特許文献１）により酸素18が99.5％に濃縮された。今日まで、酸素、窒素酸化物および水の電気分解、化学同位体交換、ガス拡散、精留の適用は、酸素中の水の濃縮について記述されている。その中で、1944年に最初に実証された水浄化の方法は、現在、産業界で成功裏に使用されています（非特許文献２）。
【０００３】
電気分解中の酸素同位体効果は、水素の同位体効果と同時に検出された（非特許文献３）。しかし、この方法で酸素-18を生成しようとする試みは成功しなかった（非特許文献４、５）。同様に、СО2とН2О-との交換反応における化学同位体交換によって酸素18を富化させる試みは成功していない。この反応の分離係数は高い-1046であるが、このプロセスを工業的規模で有効にするには反応速度が低すぎる（非特許文献６）。
【０００４】
窒素酸化物NOと硝酸との交換反応に基づいて、Н2О-18 -生成のための化学同位体交換法を実現した（非特許文献７）。このようにして、約15％の濃縮度を有するН2О-18を得ることができた。 このプロセスの低い技術的および経済的パラメータは、酸化窒素の硝酸への定量的変換の困難性に関連しており、高酸化状態で不可逆的に元素状窒素または窒素酸化物に変換される。酸素-18を生成するためのガス拡散法の使用はまた、低い濃縮係数のため満足のいく結果を与えない（非特許文献８）。
【０００５】
しかし、熱拡散の方法はより効果的であり、プロセスの非常に遅い動力学のために、大量の富化Н2О-18の製造には適していない。例えば、250mlの酸素18を得るためには、1.5m以上の長さの59mの柱列が必要でした（非特許文献９）。このプロセスのいくつかの後の変更は、メソッドを少し速くします。従って、1.5〜2％の18-酸素含有量を有する出発中間体からの3.4m×9.2mmの寸法を有するカラムを使用する4段階カスケードにおいて、3週間の運転後に81％の濃縮を有する生成物を得ることができた（非特許文献１０）。それぞれ3カラムの3段階カスケードで約40％の酸素18含量を有する原料物質を使用することにより、濃度が85〜90％の製品を1日あたり30mlまで生産することが可能になる（非特許文献１１）。しかし、これらの指標は、生産に必要な生産量から非常に遠いものです。さらに、それらはいずれの場合にも予め富化された材料を必要とする。
【０００６】
より効果的なのは、水蒸留のプロセスです。 この方法は、最初に1937年に実現され、0.85％の濃縮を伴う200mlのН2О-18を得ることができた（非特許文献１２）。その後の方法では、この方法が改善され、1956年に24％のO-18および1.7％のO-17を含む水を生成することができる蒸留水濃縮ユニットが作成された（非特許文献１３）。水の浄化による酸素18の現代的生産の根底にある最も完璧なプロセスは、50年代後半に実施された（非特許文献１４）。このプロセスは、99％以上の濃縮度を有するН2О-18を得ることを可能にし、高い効率と信頼性を特徴とする。
【０００７】
酸素18を富化した水の製造方法に関する本発明に最も近い方法は、この論文（非特許文献１５）に記載されている方法である。プロトタイプとして選択されたこの方法は、酸素含有量が18〜0.2％であり、重水素が0.015％である天然水から90％濃縮された酸素18を豊富に含む水を化学同位体交換による精留および最終濃縮による予備濃の2段階プロセスで得ることからなる：
原料としては、酸素含有量が約0.2％、重水素が約0.015％の通常の天然水が用いられる。天然水中の重水素の存在は、酸素18の濃縮と同時に、重水素濃縮が起こるという事実につながる。65℃のカラムの操作温度では、H2O-18 / H2O-16系の濃縮係数αO-18 / O-16は約1,005であり、HDO / H2O系の濃縮係数αD/ Hは約10倍大きく1.045である） 。その結果、生産の最終製品 - H2O-18、ほぼ100％がD2O-18の組成を有する。しかし、医療用途では、天然水素同位体含有量を有する製品が必要である。製品中の重水素含有量は0.015％を超えてはならない。したがって、プロトタイプによるスキームに従って得られた生成物は、重水素を除去するために、必然的にさらに処理されなければならない（いわゆる同位体組成標準化プロセス）。標準化プロセスは、原則として、水の電解分解、続いて天然同位体組成で水素中で得られた酸素18の燃焼によって行われる。 この段階では、必然的に損失と廃棄物が発生し、これが生産コストに影響を与えます。
【０００８】
同じ記事では、特許請求されているものに最も近い酸素を豊富に含む水（図1）を得るための設備が記載されている。 プロトタイプインストールには次のものが含まれます。
【０００９】
-開回路（枯渇なし）で作動する精留塔からなり、第1の種類の選択を有する予備濃縮装置Н2О-18：得られた中間濃縮物は、フィードバックなしに最終濃縮装置に送られる。
【００１０】
- Н2О-18カラムに濃縮する3つのカラムとН2О-16カラムで排出する1つのカラムを含む最終濃縮ユニット。
【００１１】
採用されたスキームのために、カスケードの後続の段階で逆流によって接続されていない各予備濃縮カラムは、独立して動作する。
【００１２】
これらの特性を有する装置の能力は、90％の濃縮度を有する年間4kgのН2О-18である。米国、ヨーロッパ、イスラエル、中国では現在、この方法とこの方式の使用に基づく設置がより効率的に実施されており、世界の市場（約1500kg /年）の重酸素水の50％以上を供給している（非特許文献１６）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】Clusius, Dickel and Becker, Naturwiss, 31, 210,1943
【非特許文献２】H. G. Thode, S. R. Smith, F. D. Walkling, The Separation Of The Oxygen Isotopes By The Distillation Of Water, Canadian Journal of Research, 1944, 22b(4): 127-136, 10.1139/cjr44b-016
【非特許文献３】E. W. Washburn, E. R. Smith and M. Frandsen, J. Chem. Phys. 1, 288, 1933
【非特許文献４】H.L. Johnston, J. Am. Chem. Soc., 57, 484, 1935
【非特許文献５】H. Anbar, H. Taube, J. Am. chem. Soc. 78, 3252, 1956
【非特許文献６】W. T. Boyd, R. R. White, Ind. Eng. Chem. 44, 2202, 1952
【非特許文献７】T. I. Taylor, J. Chim. Phys. 60, 154,1963
【非特許文献８】R. Sherr, J. Chim. Phys. 6, 251, 1938
【非特許文献９】Clusius, Dickel and Becker, Naturwiss, 31, 210, 1943
【非特許文献１０】K. Clusius and K. Schleich, Helv. Chim. Acta, 45, N5, 1702, 1962
【非特許文献１１】E. P. Ageev and G. M. Panczenkov, Atomnaja Energia, 14, No. 5, 494, 1963
【非特許文献１２】Huffman and Urey, Ind. Eng. Chem. 29, 531, 1937
【非特許文献１３】O. W. Umarov, W. A. Sokolski and N. M. Zavoronkov, Chim. Promyszi, 404, 1956
【非特許文献１４】Dostrovsky, Llewellyn, Vromen, J. Chem. Soc. 3517, 1952; Dostrovsky ref. Proc. 2nd Intern. Conf. Peaceful Uses Atomic Energy, Geneva, 1958, p. 605
【非特許文献１５】Dostrovsky, I., Raviv, A.: "Proc. Int. Symp. Isotope Separation (Amsterdam, 1957)", p. 336, (1958), North-Holland, Amsterdam
【非特許文献１６】Oxygen-18 (CAS 32767-18-3), Market Research Report 2015, BAC Reports
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
表1にプロトタイプによる設置の特性を示す（図４を参照）。
【００１５】
プロトタイプの設備では、天然重水素含有量0.015％の原材料天然水を使用し、それに応じて製品および中間生成物（最終濃度欄のプロセス媒体）に重水素が蓄積する。中間生成物中にかなりの量の重水素（50％以上）が存在すると、プラント内の濃縮プロセスの効率が急激に低下する。これは、分離係数αO-18/O-16システム内でH2О-18/H2О-16等しい~1,005 (65 oС), 重水素の蓄積は急激に減少する：αO-18/O-16 システム内でHDО-18/HDО-16等しい 1,0041, システム内でD2О-18/D2О-16等しい  1,0034. したがって、分離係数に反比例するプロセスの効率（生産性）が低下する。
【００１６】
提案された発明は、これらの欠点、すなわち、
-プロトタイプの方法および設置においてジュウテリウムを除去するための追加操作の必要性に関連する製品の品質の改善および損失の低減
-プロセスの効率（生産性）の増加、重水素の技術的流れにおける蓄積のためにプロトタイプの方法および設置に制限される。
の除去に関連する問題を解決することができる。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
設定された課題を解決するために、すなわち、製品損失を低減し、プロセスの効率を改善するために、予備濃縮を含む蒸留塔のカスケード内で真空下で水を精留する方法によって酸素18を富化した水を得るための提案された方法Н2О-18前濃縮ユニットおよび最終濃縮ユニットの最終濃度において、プロセススキームおよびプラントは、原材料 - 天然水を用いた植物の供給ライン上の水 - 二酸化炭素システム内の化学同位体交換ユニットをさらに含む。天然水は18酸素源として機能します. プロトタイプの方式では、酸素18と同時に精留塔のカスケードに直接入り、天然水に含まれる重水素を技術流に導入する。請求された解決策によれば、生来の天然水に含まれる酸素-18は、プラントの給水流の輸送剤として働く二酸化炭素によってプラントの電源に移される。化学同位体交換ユニットは、化学同位体交換の2つのカラム、すなわち天然水で灌漑される未処理列と、精留列のカスケードが循環するパワーカラムとからなる。列は、閉ループで循環する二酸化炭素ラインに沿って互いに接続され、酸素-18を供給物から供給物流に移動させる。 重水素は二酸化炭素によって輸送されないため、ユニットに入ることはありません。二酸化炭素は、前処理ユニットのカラム内を水流に対して向流に循環し、フィードストリームから予備濃縮ユニットのフィードストリームへの酸素18の移動を提供する.
【発明の効果】
【００１８】
提案された方法の特徴は、設備の供給の原則である。天然水からの酸素-18は、二酸化炭素との化学同位体交換ユニットを通してカスケードに供給され、プロセス流中の重水素の存在を排除するよりも、プラントの生産性の向上および製品の損失の排除が達成される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】特許請求されているものに最も近い酸素を豊富に含む水を得るための設備である。
【図２】本発明によるН2О-18の製造方法の工程図である。
【図３】請求された方法による、提案された設備の特性を示す表２である。
【図４】プロトタイプによる設置の特性を示す表１である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
この技術的な結果を達成するために、次のものを含むインストールが提案されています。
【００２１】
-化学同位体交換サイト;
-第1の種類の選択で開回路（枯渇なし）で動作する精留塔からなる予濃縮ユニットН2О-18、
-Н2О-18-濃縮カラムとН2О-16-含有カラムの複合体を含む最終濃縮ユニット。既知のものとは対照的に、提案されたプラント（図2）は、プロセスの効率および生産性を高めるために、水 - 二酸化炭素システム内の化学同位体交換カラムの複合体からなる化学同位体交換ユニットを備えた予備濃縮ユニットの供給ライン上に、 製品の品質を低下させ、損失を減らすことができます。
【００２２】
提案された発明は図面によって説明され、
-図2に示す。 1 - プロトタイプに従ったН2О-18の製造方法のスキーム。
【００２３】
-図2に本発明によるН2О-18の製造方法の工程図である。
【００２４】
酸素を豊富に含む、水を生成するための提案されたプラント（図2）は、以下を含む：
-水 - 二酸化炭素系における化学同位体交換のカラム15,16からなる化学同位体交換ユニット。
-予備濃縮カラム1〜10からなる濃縮ユニット、
-濃縮カラム11~13および排気カラム14を含む最終濃縮ユニットと、
インストールは次のように動作します。
【００２５】
原水流はカラム15内の化学同位体交換ユニットに入る。塔15および16内の水流との向流は循環した二酸化炭素であり、供給流（塔16）から電源カスケード15への酸素18の移送を提供する。この場合、原水に含まれる重水素はカスケードに入らず、したがってプロセス流および生成物に蓄積しない。カスケード供給塔16からの水は、開回路（枯渇なし）で動作する並行整流塔1〜10で予備濃縮ユニットに供給され、第1種が選択され、得られた中間濃縮物がフィードバックなしに最終濃縮ユニットに移送される。
【００２６】
最終濃度単位の濃縮カラム中の中間濃縮物は、酸素-18で少なくとも95％のレベルに濃縮され、99％超の酸素-16を含有する水流ダンプが最終濃縮ユニットの徹底的なカラム内でサイクルから抜き出される。
【００２７】
この技術的解決法による設備は、生産性が高く、低損失で、水素同位体の天然含量を有する生成物を得るために、酸素18を富化した水を95％のレベルまで確実に製造する。 後者は、医学および生化学における使用のための市販製品に必要な要件である。 表2は、請求された方法による、提案された設備の特性を示す（図３を参照）。
【００２８】
この実施形態の設備は、年間6kgの容量を有し、95％の濃縮度および0.013~0.015％の重水素含有量（天然重水素含有量のレベルで）を有する製品を提供する。 この理由から、生成物は水素よりも同位体組成を標準化するために追加の操作を必要としない。
【００２９】
したがって、この技術的ソリューションのインストールには、プロトタイプと比較して以下の利点があります。
【００３０】
-1.5倍の大きな生産性を持っています。
【００３１】
-より高い濃縮度（95％）の製品を提供する。
【００３２】
-水素（0.013〜0.015％重水素含有量）に対して標準化された同位体組成を有する生成物の生成を保証する。
【００３３】
さらに、重水素を含有する水をプロセス流に含まないことは、作業の観点から重要であり、重水素が核物質に帰属するために、原子力安全基準による生産を認可する必要性を排除する。
【００３４】
クレームされた方法および提案された設備の効率および経済は、プロトタイプおよび他の既知の技術的解決法の方法および設備と比較して、それらの技術的および経済的利点を証する。 したがって、この植物は、18酸素富化された水の工業生産に首尾よく使用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明に係る装置は、PET断層撮影のための酸素-18の製造に関連し、同位体酸素18（重酸素水、Н2О-18）に富む水を生成する設備として有用である。
【符号の説明】
【００３６】
１〜１０……予備濃縮カラム
１１〜１３…濃縮カラム
１４…………排気カラム
１５、１６…化学同位体交換のカラム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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