(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応物質核から反応生成物核を生成する装置において、
複数の反応物質核及び複数の減速材核であって、前記減速材核は、重水素及びベリリウムからなるグループから選択される原子の核を含むものとする、該複数の反応物質核及び複数の減速材核と、
中性子放出器、中性子発生器又は中性子生成装置である中性子源であって、中性子捕獲によって反応生成物核を生成するのに十分な程度に前記反応物質核に近接する、該中性子源と
を備え、
前記反応物質核はモリブデン−９８を含み、
モリブデン−９８原子核の中性子捕獲率を前記中性子源の中性子生成率で割った値は１％より大きく、
モリブデン−９８の質量は１０００ｋｇ未満であり、また
前記減速材核の質量は少なくとも１ｋｇであり、
前記反応物質核から反応生成物核を生成する装置は、加速粒子が中心標的に入射するとき中性子を放出するように構成される前記中心標的と、数個の同心円状の層であって、前記同心円状の層のうちの１つはモリブデン−９８の前記反応物質核であり、前記同心円状の層のうちのいくつかは重水素の前記減速材核である数個の同心円状の層とを備え、さらに、前記装置の少なくとも２つの異なる層を異なる温度に維持できる温度制御を備え、
少なくとも１つの層を２５０゜Ｋ（ケルビン）より低い温度に冷却する、装置。
【請求項２】
請求項1記載の装置において、前記モリブデン−９８の質量は１００ｋｇ未満である、装置。
【請求項３】
請求項１記載の装置において、前記モリブデン−９８の質量は２５ｋｇ未満である、装置。
【請求項４】
請求項２記載の装置において、前記反応物質核の前記中性子捕獲率を前記中性子源の中性子生成率で割った値は５％より大きい、装置。
【請求項５】
請求項１記載の装置において、前記温度制御は極低温流体を用いる、装置。
【請求項６】
請求項１記載の装置において、さらに、前記複数の反応物質核及び減速材核を少なくとも部分的に包囲する少なくとも１つの中性子反射器を備え、前記中性子反射器は減速材核を含み、また前記中性子反射器の厚さは、２０センチメートルより大きく、１５メートル未満とする、装置。
【請求項７】
請求項１記載の装置において、さらに、反応物質核をより高い密度で含む領域に向けて中性子を反射する外側中性子反射器及び内側中性子反射器の双方を備える、装置。
【請求項８】
請求項１記載の装置において、前記複数の反応物質核及び減速材核を１つ又は複数のほぼ平行な層間に配置し、また、少なくとも１つの層は、元素組成、化学種の濃度、密度又は温度の点で他の層と明確に異なるものとする、装置。
【請求項９】
請求項１記載の装置において、さらに、加速粒子が衝突するとき中性子を放出するよう構成した標的を備え、
前記標的は、重水素、三重水素、ヘリウム−４、リチウム−７、ベリリウム、ボロン−１１、炭素、窒素−１５、酸素、フッ素、ネオン−２０、ネオン−２２、タンタル、タングステン、鉛、水銀、タリウム、トリウム、ウラン、ネプツニウム、及び他の超ウランからなるグループから選択した原子を含み、
前記加速粒子はアクセスチャンネルから前記装置に進入し、前記アクセスチャンネルは、前記アクセスチャンネルに衝突する前記加速粒子のうち５０パーセントより多くの加速粒子を受け入れるよう構成する、装置。
【請求項１０】
反応物質核から反応生成物核を生成する装置において、
中性子放出器、中性子発生器又は中性子生成装置である中性子源と、
第１平均微視的熱中性子捕獲断面積を有する複数の第１の反応物質核と、
同位体の核種が中性子源から放出された全中性子のうち少なくとも１％を捕獲するものであり、反応物質核ではない該同位体からなる同位体集合と、
すべての核が前記同位体集合からなる複数の第２の核であって、前記第２の核の少なくとも９０％が前記反応物質核における任意の反応物質核の微視的熱中性子捕獲断面積よりも小さい微視的熱中性子捕獲断面積を有し、また前記複数の第２核の総質量は１キログラムより大きい、該複数の第２の核と、
を備え、
前記複数の第２の核は、重水素及びベリリウムからなるグループから選択される原子の核を含むものとし、
また、前記中性子源は、中性子捕獲によって反応生成物核を生成するのに十分な程度に前記反応物質核に近接して配置し、
前記反応物質核はモリブデン−９８を含み、
前記反応物質核から反応生成物核を生成する装置は、加速粒子が中心標的に入射するとき中性子を放出するように構成される前記中心標的と、数個の同心円状の層であって、前記同心円状の層のうちの１つはモリブデン−９８の前記反応物質核であり、前記同心円状の層のうちのいくつかは重水素の前記減速材核である数個の同心円状の層とを備え、さらに、前記装置の少なくとも２つの異なる層を異なる温度に維持できる温度制御を備え、
少なくとも１つの層を２５０゜Ｋ（ケルビン）より低い温度に冷却する、装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の装置において、前記反応物質核の中性子捕獲率を中性子源の中性子生成率で割った値は１％より大きい、装置。
【請求項１２】
請求項１０記載の装置において、前記反応物質核の中性子捕獲率を中性子源の中性子生成率で割った値は５％より大きい、装置。
【請求項１３】
請求項１０記載の装置において、前記装置は、さらに、モリブデン−９９反応生成物核、及びテクネチウム−９９ｍ崩壊生成物核を備える、装置。
【請求項１４】
請求項１０記載の装置において、前記温度制御は極低温流体を用いる、装置。
【請求項１５】
請求項１０記載の装置において、さらに、前記複数の第１の反応物質核及び前記複数の第２の核を少なくとも部分的に包囲する少なくとも１つの中性子反射器を備え、前記中性子反射器は前記複数の第２の核を有し、また前記中性子反射器の厚さは、２０センチメートルより大きく、かつ１５メートル未満とする、装置。
【請求項１６】
請求項１０記載の装置において、さらに、反応物質核をより高い密度で含む前記複数の反応物質核の領域に向けて中性子を反射する外側中性子反射器及び内側中性子反射器の双方を備える、装置。
【請求項１７】
請求項１０記載の装置において、さらに、加速粒子が衝突するとき中性子を放出するよう構成した標的を備え、前記標的は、重水素、三重水素、ヘリウム−４、リチウム−７、ベリリウム、ボロン−１１、炭素、窒素−１５、酸素、フッ素、ネオン−２０、ネオン−２２、タンタル、タングステン、鉛、水銀、タリウム、トリウム、ウラン、ネプツニウム、及び他の超ウランからなるグループから選択した原子を含み、
前記加速粒子はアクセスチャンネルから前記装置に進入し、前記アクセスチャンネルは、前記アクセスチャンネルに衝突する前記加速粒子のうち５０パーセントより多くの加速粒子を受け入れるよう構成する、装置。
【請求項１８】
中性子源を使用して反応物質核から崩壊生成物核を生成する装置を用いて、中性子源を使用して反応物質核から崩壊生成物核を生成する方法において、
中性子を発生させるステップと、
第１平均微視的熱中性子捕獲断面積を有する複数の第１の反応物質核を準備するステップと、
同位体の核種が中性子源から放出された全中性子のうち少なくとも１％を捕獲するものであり、反応物質核ではない該同位体からなる同位体集合を準備するステップと、
すべての核が前記同位体集合からなる複数の第２の核であって、前記第２の核の少なくとも９０％が前記反応物質核における任意の反応物質核の微視的熱中性子捕獲断面積よりも小さい微視的熱中性子捕獲断面積を有し、また前記複数の第２核の総質量が１キログラムより大きい、該複数の第２の核を準備するステップと、
前記中性子が前記反応物質核によって捕獲されるとき反応生成物核を生成するよう前記中性子を前記複数の反応物質核に照射するステップと、
前記反応生成物同位体の放射性崩壊によって生成される崩壊生成物核を前記複数の反応物質核から抽出するステップと、
を有し、
前記複数の第２の核は、重水素及びベリリウムからなるグループから選択される原子の核を含むものとし、
前記反応物質核はモリブデン−９８を含み、
前記装置は加速粒子が中心標的に入射するとき中性子を放出するように構成される前記中心標的と、数個の層であって、同心円状の層のうちの１つはモリブデン−９８の前記反応物質核であり、前記同心円状の層のうちのいくつかは重水素の前記減速材核である数個の層とを備え、前記中性子源を使用して反応物質核から崩壊生成物核を生成する方法において、さらに、前記装置の少なくとも２つの異なる層を異なる温度に維持できる温度制御を使用するステップを備え、
少なくとも１つの層を２５０゜Ｋ（ケルビン）より低い温度に冷却する、方法。
【請求項１９】
請求項１８記載の方法において、前記中性子は原子炉又は未臨界原子炉によって生成する、方法。
【請求項２０】
請求項１８記載の方法において、前記中性子は中性子放出器、中性子発生器又は中性子生成装置である源によって生成する、方法。
【請求項２１】
請求項１８記載の方法において、
前記崩壊生成物核はテクネチウム−９９ｍを含み、また
前記反応物質核の中性子捕獲率を中性子源の中性子生成率で割った値は１％より大きい、方法。
【請求項２２】
請求項１８記載の方法において、さらに、前記複数の第１の反応物質核及び前記複数の第２の核を少なくとも１つの中性子反射器によって少なくとも部分的に包囲するステップを有し、前記中性子反射器は前記複数の第２の核を有し、また前記中性子反射器の厚さは、２０センチメートルより大きく、かつ１５メートル未満とする、方法。
【請求項２３】
請求項１８記載の方法において、さらに、反応物質核をより高い密度で含む領域に向けて中性子を反射する外側中性子反射器及び内側中性子反射器の双方を設けるステップを有する、方法。
【請求項２４】
請求項１８記載の方法において、前記温度制御は極低温流体を用いる、方法。
【請求項２５】
請求項１８記載の方法において、さらに、加速粒子が衝突するとき中性子を放出するよう標的を構成するステップを有し、
前記標的は、重水素、三重水素、ヘリウム−４、リチウム−７、ベリリウム、ボロン−１１、炭素、窒素−１５、酸素、フッ素、ネオン−２０、ネオン−２２、タンタル、タングステン、鉛、水銀、タリウム、トリウム、ウラン、ネプツニウム、及び他の超ウランからなるグループから選択した原子を含み、
前記加速粒子はアクセスチャンネルから装置に進入し、前記アクセスチャンネルは、前記アクセスチャンネルに衝突する前記加速粒子のうち５０パーセントより多くの加速粒子を受け入れるよう構成する、方法。
【請求項２６】
中性子源を用いて反応物質核から反応生成物核を生成するシステムにおいて、
複数の反応物質核及び複数の減速材核であって、前記減速材核は、重水素及びベリリウムからなるグループから選択される原子の核を含むものとする、該複数の反応物質核及び複数の減速材核と、
中性子源と
を備え、
前記反応物質核はモリブデン−９８を含み、
モリブデン−９８原子核の中性子捕獲率を前記中性子源の中性子生成率で割った値は１％より大きく、
モリブデン−９８の質量は１００ｋｇ未満であり、また
減速材核の質量は少なくとも１ｋｇであり、
前記中性子源を用いて反応物質核から反応生成物核を生成するシステムは、加速粒子が中心標的に入射するとき中性子を放出するように構成される前記中心標的と、数個の同心円状の層であって、前記同心円状の層のうちの１つはモリブデン−９８の前記反応物質核であり、前記同心円状の層のうちのいくつかは重水素の前記減速材核である数個の同心円状の層とを備え、さらに、前記システムの少なくとも２つの異なる層を異なる温度に維持できる温度制御を備え、
少なくとも１つの層を２５０゜Ｋ（ケルビン）より低い温度に冷却する、システム。
【請求項２７】
請求項２６記載のシステムにおいて、前記中性子源は、原子炉又は未臨界原子炉とする、システム。
【請求項２８】
請求項２６記載のシステムにおいて、前記中性子は、中性子放出器、中性子発生器又は中性子生成装置である源によって生成する、システム。
【請求項２９】
請求項２６記載のシステムにおいて、さらに、加速粒子が衝突するとき中性子を放出するよう構成した標的を備え、
前記標的は、重水素、三重水素、ヘリウム−４、リチウム−７、ベリリウム、ボロン−１１、炭素、窒素−１５、酸素、フッ素、ネオン−２０、ネオン−２２、タンタル、タングステン、鉛、水銀、タリウム、トリウム、ウラン、ネプツニウム、及び他の超ウランからなるグループから選択した原子を含み、
前記加速粒子はアクセスチャンネルから前記システムに進入し、前記アクセスチャンネルは、前記アクセスチャンネルに衝突する前記加速粒子のうち５０パーセントより多くの加速粒子を受け入れるよう構成する、システム。
【請求項３０】
請求項２６記載のシステムにおいて、さらに、減速材核を含む少なくとも１つの中性子反射器を備え、前記中性子反射器は、前記複数の反応物質核及び前記複数の減速材核を少なくとも部分的に包囲し、また前記中性子反射器の厚さは、２０センチメートルより大きく、１５メートル未満とする、システム。
【請求項３１】
請求項２６記載のシステムにおいて、さらに、反応物質核をより高い密度で含む前記複数の反応物質核の領域に向けて中性子を反射する外側中性子反射器及び内側中性子反射器の双方を備える、システム。
【請求項３２】
請求項２６記載のシステムにおいて、前記温度制御は極低温流体を用いる、システム。
【請求項３３】
複数の反応物質核及び複数の減速材核を組み合わせるステップであって、前記減速材核は、重水素及びベリリウムからなるグループから選択される原子の核を含むものとする、該複数の反応物質核及び複数の減速材核を組み合わせるステップと、
中性子放出器、中性子発生器又は中性子生成装置である中性子源を、中性子捕獲によって反応生成物核を生成するのに十分な程度に前記反応物質核に近接して配置するステップと
を備え、
前記反応物質核はモリブデン−９８を含み、
装置は加速粒子が中心標的に入射するとき中性子を放出するように構成される前記中心標的と、数個の同心円状の層であって、前記同心円状の層のうちの１つはモリブデン−９８の前記反応物質核であり、前記同心円状の層のうちのいくつかは重水素の前記減速材核である数個の同心円状の層とを備え、少なくとも１つの層を２５０゜Ｋ（ケルビン）より低い温度に冷却し、
反応物質核の中性子捕獲率を高めるために、冷却層を前記中性子源に十分に近接し、また
前記組み合わせに中性子を照射し、前記中性子を前記反応物質核が捕獲するとき放射性反応生成物核を生成するステップと、
前記照射した組み合わせから前記反応生成物核及び崩壊生成物核のうち少なくとも一方を抽出するステップと
を有する、方法。
【請求項３４】
請求項３３記載の方法において、前記反応物質核の中性子捕獲率を中性子源の中性子生成率で割った値は１％より大きい、方法。
【請求項３５】
請求項３３記載の方法において、前記崩壊生成物核はテクネチウム−９９ｍとする、方法。
【請求項３６】
反応生成物核を生成するため、反応物質核、及び前記反応物質核に近接する中性子源を備え、前記中性子源は中性子捕獲によって反応生成物核を生成するのに十分な程度に近接させて配置するシステムであって、前記システムの前記反応物質核の少なくとも１００ｇを２５０゜Ｋ（ケルビン）より低い温度に冷却し、
さらに、減速材核を備え、前記減速材核は、重水素及びベリリウムからなるグループから選択される原子の核を含み、
前記反応物質核はモリブデン−９８を含み、
システムは加速粒子が中心標的に入射するとき中性子を放出するように構成される前記中心標的と、数個の同心円状の層であって、前記同心円状の層のうちの１つはモリブデン−９８の前記反応物質核であり、前記同心円状の層のうちのいくつかは重水素の前記減速材核である数個の同心円状の層とを備える、システム。
【請求項３７】
請求項３６記載のシステムにおいて、前記モリブデン−９８原子核の中性子捕獲率を中性子源の中性子生成率で割った値は１％より大きい、システム。
【請求項３８】
反応物質核から反応生成物核を生成する装置において、
中性子源と、
第１平均微視的熱中性子捕獲断面積を有する複数の第１の反応物質核と、
同位体の核種が中性子源から放出された全中性子のうち少なくとも１％を捕獲するものであり、反応物質核ではない該同位体からなる同位体集合と、
すべての核が前記同位体集合からなる複数の第２の核であって、前記第２の核の少なくとも９０％が前記反応物質核における任意の反応物質核の微視的熱中性子捕獲断面積よりも小さい微視的熱中性子捕獲断面積を有し、また前記複数の第２核の総質量は１キログラムより大きい、該複数の第２の核と、
を備え、
前記複数の第２の核は、重水素及びベリリウムから選択される原子の核を含むものとし、
また、前記中性子源は、中性子捕獲によって反応生成物核を生成するのに十分な程度に前記反応物質核に近接して配置し、
前記反応物質核はモリブデン−９８を含み、
前記装置は加速粒子が中心標的に入射するとき中性子を放出するように構成される前記中心標的と、数個の同心円状の層であって、前記同心円状の層のうちの１つはモリブデン−９８の前記反応物質核であり、前記同心円状の層のうちのいくつかは重水素の前記減速材核である数個の同心円状の層とを備え、少なくとも１つの層を２５０゜Ｋ（ケルビン）より低い温度に冷却し、
反応物質核の中性子捕獲率を高めるために、冷却層を前記中性子源に十分に近接する、装置。
【請求項３９】
中性子源を使用して反応物質核から反応生成物核を生成する装置を用いて、中性子源を使用して反応物質核から反応生成物核を生成する方法において、
中性子を発生させるステップと、
第１平均微視的熱中性子捕獲断面積を有する複数の第１の反応物質核を準備するステップと、
同位体の核種が中性子源から放出された全中性子のうち少なくとも１％を捕獲するものであり、反応物質核ではない該同位体からなる同位体集合を準備するステップと、
すべての核が前記同位体集合からなる複数の第２の核であって、前記第２の核の少なくとも９０％が前記反応物質核における任意の反応物質核の微視的熱中性子捕獲断面積よりも小さい微視的熱中性子捕獲断面積を有し、また前記複数の第２核の総質量が１キログラムより大きい、該複数の第２の核を準備するステップと、
前記中性子が前記反応物質核によって捕獲されるとき反応生成物核を生成するよう前記中性子を前記複数の反応物質核に照射するステップと、
を有し、
前記複数の第２の核は、重水素及びベリリウムからなるグループから選択される原子の核を含むものとし、
前記反応物質核はモリブデン−９８を含み、
前記装置は加速粒子が中心標的に入射するとき中性子を放出するように構成される前記中心標的と、数個の同心円状の層であって、前記同心円状の層のうちの１つはモリブデン−９８の前記反応物質核であり、前記同心円状の層のうちのいくつかは重水素の前記減速材核である数個の同心円状の層とを備え、少なくとも１つの層を２５０゜Ｋ（ケルビン）より低い温度に冷却し、
反応物質核の中性子捕獲率を高めるために、冷却層を前記中性子源に十分に近接する、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本件出願は、２０１４年８月６日に出願された「中性子捕獲生成物の高効率生成（HIGH EFFICIENCY NEUTORON CAPTURE PRODUCT PRODUCTION）」と題する米国仮特許出願第６２／０３３，６９１号の優先権の恩恵を主張し、この米国仮特許出願は参照により全体が本明細書に組み込まれるものとする。
【０００２】
本発明は、中性子捕獲、並びに効率的中性子反応アセンブリ及び反応方法に関する。より具体的には、本発明は、核物質、例えば、反応核物質が中性子を捕獲することによる核画像形成材料を生成することに関する。
【背景技術】
【０００３】
核医学において、放射性物質が診断及び治療処置に使用される。元素放射性核種は、他の元素と結合して化合物を形成する、又は既存の医薬品と結合して放射性薬剤を形成することが多い。これら放射性薬剤は、患者に投与された後、特定臓器又は細胞受容体に局在することができる。この放射性薬剤の特性によれば、細胞機能及び生理に基づいて、組織解剖における物理的変化よりも身体の病状範囲を画像化することができる。さらに、幾つかの疾患において、核医学における手順によれば、医学的問題を他の診断検査よりも早い段階で同定することができる。
【０００４】
核医学における重要な態様は放射性トレーサーを使用することである。放射性トレーサー（放射性ラベルとしても知られている）は、放射性同位体（ＲＩ）を含む物質であり、これを使用して、生化学プロセスの速度を測定し、また細胞又は組織のような生体系における物質の移動を追跡する。重要な放射性トレーサーはテクネチウム−９９ｍ（９９ｍＴｃとして記号表示される）であり、この放射性トレーサーを身体内で医療用撮像装置が容易に検出することができる。
【０００５】
９９ｍＴｃは、テクネチウム−９９の準安定核異性体である。「ｍ」は半減期が６時間の準安定核異性体であることを示す。これは、γ崩壊を受ける多くの核異性体よりも相当長い（桁オーダーが高い）。９９ｍＴｃの半減期は、平均脱励起の観点では極めて長いが、放射性崩壊で一般的に観測される半減期、及び多くの種類の核医学検査で使用される放射性核種に比べると依然として短い。
【０００６】
９９ｍＴｃは放射性同位体の医学的応用として使用する。この９９ｍＴｃは、医療用撮像装置が人体内で検出できるのは放射性トレーサーである。医療用の画像化に都合のよいエネルギーで容易に検出可能な光子を放出することからこの役割に十分適合する。さらに、９９ｍＴｃは、王水、硝酸、及び濃硫酸に溶解するが、いかなる濃度の塩酸にも溶解しない。９９ｍＴｃは、脳、骨、心筋、甲状腺、肺、肝臓、胆嚢、腎臓、骨格、血液、及び腫瘍の撮像及び機能検査に使用される。
【０００７】
９９ｍＴｃは、毎年約２千万回の診断核医学画像処置で使用される。診断核医学画像処置の約８０パーセントはこの同位体を使用する。核医学処置のタイプに基づいて、９９ｍＴｃは、この９９ｍＴｃを所望部位に輸送する薬剤にタグ付け又は結合される。
【０００８】
９９ｍＴｃの重要な利点は、ガンマ放出に対して６.００５８時間の半減期に起因して９９ｍＴｃの９３.７パーセントが２４時間でテクネチウム−９９に崩壊する。したがって、人間の活動及び代謝の観点で準安定原子核異性体の短い半減期により、データを容易に収集するが患者への全放射線被曝量を低く維持できるスキャン処置を可能にする。安定テクネチウム−９９まで崩壊する２１万１千年の半減期を有する、結果として生ずるテクネチウム−９９の基底状態は、環境に優しいβ粒子（原子核由来の電子）を、大きな影響を与えるガンマ線被曝を生ずることなく放出する。これら特性のすべては、９９ｍＴｃの使用が人体に対する放射線によるやけどを最小限にして、医療画像による大きな恩恵をもたらすことを確実にする。
【０００９】
短い半減期に起因して核医学で使用される９９ｍＴｃは、２.７５日の半減期を有し、また９９ｍＴｃの通常型親核種であるモリブデン−９９（９９Ｍｏ）を含む９９ｍＴｃ生成素から抽出するのが一般的である。残念ながら、９９ｍＴｃ医療使用のために生産される９９Ｍｏの大部分は、世界中で単に５基のみ、すなわち、カナダのＮＲＵ、ベルギーのＢＲ２、南アフリカのSAFARI-1、オランダのＨＦＲ（Petten）、及びフランスのサクレーにあるOSIRIS原子炉からの高濃縮ウラン核分裂に由来するものでしかない。
【００１０】
誘発される既知の単独核分裂事象を図１に図式的に示す。中性子１００はウラン−２３５（２３５Ｕ）の原子核１０２に衝突し、この原子核１０２は、ウラン−２３６の原子核１０４で示すように中性子１００を吸収し、この原子核１０４が分裂して中性子１０６、γ放射線１１０、９９Ｍｏ原子核１１２（約６％の時間）、及び他の核分裂生成物１１４を生成する。９９Ｍｏ原子核１１２は崩壊し、９９ｍＴｃ原子核１１６と、β粒子（原子核由来の電子）及び反中性微子１１８を含む他の放射物１２０を生成する。
【００１１】
９９Ｍｏのうち少量は、さらに、オーストラリアにおける新設ＯＰＡＬ原子炉、並びに世界中における他の僅かな場所で低濃縮ウランから生産される。９９Ｍｏのうちもっと少ない量は、中性子生成用加速器ベースの方法を用いるモリブデン−９８の中性子放射化によって生産する。より一般的には、高濃縮２３５Ｕ（９０パーセントにも達する２３５Ｕ）又は低濃縮ウラン（２０パーセント未満の２３５Ｕ）を標的とするウランに中性子を照射し、核分裂生成物としての９９Ｍｏを形成し、この９９Ｍｏは、次にホットセル内で他の核分裂生成物から分離する。
【００１２】
中性子放射化プロセスを図２に示す。図２において、中性子２００を９８Ｍｏの原子核２０２に衝突させ、この原子核２０２は中性子２００を吸収して９９Ｍｏの原子核２０４を生成する。９９Ｍｏの原子核２０４はこの後崩壊して、９９ｍＴｃの原子核２０６と、電子（β放射線）及び反中性微子を含む他の放射物２１０を生成する。中性子発生器は、重水素／三重水素加速器（「Ｄ−Ｔ加速器」）とする、又は代替中性子生成核反応、例えば原子核破砕反応を使用して動作することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
残念なことに、中性子生成における現行の加速器ベースの方法は、不経済に又は低中性子効率にしか９９Ｍｏ及び９９ｍＴｃを生成できない傾向にあり、生産した１０００個の中性子につき数個の９９Ｍｏしか生成できない。さらに、政治的又は安全上の理由により、２基の老朽化した原子炉（ＮＲＵ及びＨＦＲ）は長い保守期間にわたり繰り返し停止されてきた。これら２基の原子炉は、世界中の９９Ｍｏ供給の大部分を生産している。この結果起こっている９９ｍＴｃの世界的不足は、生産能力の増強に対する要望を示唆している。
【００１４】
したがって、現行の原子炉生産スキームに対する必要性を回避するよう、高効率に同位体又は放射性同位体（９９ｍＴｃのような）を生産する中性子源を使用するシステム及び方法に対する要望がある。より一般的には、原子炉又は臨界未満集合体を使用することなく多くの同位体を形成するスキームを必要としている。
【００１５】
この要約は、以下に詳細な説明でさらに記載する簡素化した形式における概念を導入するためのものである。この要約は、特許請求の範囲の要旨における重要な特徴又は基本的な特徴を同定することは意図せず、特許請求の範囲の要旨における範囲決定の支援を意図するものでもない。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
少なくとも１つの実施形態によれば、反応物質核から反応生成物核を生成する装置は、複数の反応物質核及び複数の減速材核を備える。前記減速材核は、重水素、三重水素、ヘリウム−４、リチウム−７、ベリリウム、ボロン−１１、炭素、窒素−１５、酸素、フッ素、ネオン−２０及びネオン−２２からなるグループから選択される原子の核を含む。原子炉又は臨界未満集合体のどちらでもない中性子源は、中性子捕獲によって反応生成物核を生成するのに十分な程度に前記反応物質核に近接させる。前記反応物質核はモリブデン−９８を含む。モリブデン−９８原子核の中性子捕獲率を中性子源の中性子生成率で割った値は約１％より大きいものとする。モリブデン−９８の質量は約１０００ｋｇ未満とする。減速材核の質量は少なくとも１ｋｇとする。本発明の目的のため、用語臨界未満集合体は、０.６より大きくかつ１未満の中性子増倍率を有する任意の集合体である。
【００１７】
少なくとも１つの実施例において、前記反応物質核の中性子捕獲率を中性子源の中性子生成率で割った値は約５％より大きい。
【００１８】
少なくとも１つの実施例において、前記装置の少なくとも２つの異なる領域を異なる温度に維持できる温度制御を使用し、また少なくとも１つの領域を２５０゜Ｋ（ケルビン）より低い温度に冷却する。前記温度制御は極低温流体を用いる。
【００１９】
少なくとも１つの実施例において、少なくとも１つの中性子反射器により前記複数の反応物質核及び減速材核を少なくとも部分的に包囲する。前記中性子反射器は減速材核を含む。前記中性子反射器の厚さは、約２０センチメートルより大きいものとし、原理的には無制限に厚くすることができるが、経済的に設計した反射器は約１５メートル未満の厚さ、より好適には、３メートル未満の厚さとする。本明細書中、反射器は２０センチメートルと１５メートルとの間の厚さとして記載するが、より厚い反射器も可能であると理解されたい。
【００２０】
少なくとも１つの実施例において、反応物質核をより高い密度で含む領域に向けて中性子を反射する外側中性子反射器及び内側中性子反射器の双方を備える。幾つかの実施形態において少なくとも１個の反射器は単一衝突で中性子の後方散乱を引き起こすとともに、他の実施形態において中性子の動きを完全に又はほぼ完全に逆方向に向かわせるのに数回の衝突を必要とする。
【００２１】
少なくとも１つの実施例において、前記複数の反応物質核及び減速材核を１つ又は複数のほぼ平行な層間に配置し、少なくとも１つの層は、元素組成、化学種の濃度、密度又は温度の点で他の層と明確に異なるものとする。
【００２２】
少なくとも１つの実施例において、標的は、加速粒子が衝突するとき中性子を放出するよう構成する。前記標的は、重水素、三重水素、ヘリウム−４、リチウム−７、ベリリウム、ボロン−１１、炭素、窒素−１５、酸素、フッ素、ネオン−２０、ネオン−２２、タンタル、タングステン、鉛、水銀、タリウム、トリウム、ウラン、ネプツニウム、及び他の超ウランからなるグループから選択した原子を含む。前記加速粒子はアクセスチャンネルから前記装置に進入し、前記アクセスチャンネルは、前記アクセスチャンネルに衝突する前記加速粒子のうち５０パーセントより多くの加速粒子を受け入れるよう構成する。アクセスチャンネルは、この場合、関心対象粒子が装置に進入して標的に衝突する任意な有効経路である。
【００２３】
少なくとも１つの実施形態において、反応物質核から反応生成物核を生成する装置は、第１平均微視的熱中性子捕獲断面積を有する複数の第１の反応物質核と、複数の減速材核とを有する。本明細書の説明目的のため、この文脈における平均は、すべての関心対象原子核の加重平均を意味し、例えば、１０個の軽量水分子及び２個のアルミニウム原子の平均微視的断面積は、ほぼ１０×２×（水素１の断面積）＋１０×１×（酸素１６の断面積）＋２×１×（アルミニウム−２７の断面積）の合計を全体的に（２０＋１０＋）で割ったものとなる。したがって、本明細書では、同位体の核種が中性子源から放出された全中性子のうち少なくとも１％を捕獲するものであり、反応物質核ではない該同位体からなる同位体集合を規定する。さらに、すべての核が前記同位体集合からなる複数の第２の核であって、前記第２の核の少なくとも約９０％が前記反応物質核における任意の反応物質核の微視的熱中性子捕獲断面積よりも小さい微視的熱中性子捕獲断面積を有する、該複数の第２の核を規定する。本発明の目的のために、この文脈における核種は、例えば、水素−２、酸素−１６のような特定同位体の原子核を意味する。
【００２４】
「同位体の核種が中性子源から放出された全中性子のうち少なくとも１％を捕獲するものであり、…同位体集合」は、「中性子源構成を利用している」ことを意味すると理解されたい。同位体集合内における同位体を変更できるよう中性子源を構成する多くの方法があるが、反応生成物核を生成するのに使用する特定構成は、特許請求の範囲が適用される構成である。
【００２５】
前記減速材核の総質量は約１キログラムより大きいものとする。原子炉でも臨界未満集合体でもない中性子源は、中性子捕獲によって反応生成物核を生成するのに十分な程度に前記反応物質核に近接して配置する。
【００２６】
少なくとも１つの実施例において、前記反応物質核はモリブデン−９８を含み、前記反応物質核の中性子捕獲率を中性子源の中性子生成率で割った値は約１％より大きい。
【００２７】
前記反応物質核はモリブデン−９８を含み、また前記反応物質核の中性子捕獲率を中性子源の中性子生成率で割った値は約５％より大きい。
【００２８】
少なくとも１つの実施例において、前記装置は、モリブデン−９９反応生成物核、及びテクネチウム−９９ｍ崩壊生成物核を備える。
【００２９】
少なくとも１つの実施例において、前記減速材核は、重水素、三重水素、ヘリウム−４、リチウム−７、ベリリウム、ボロン−１１、炭素、窒素−１５、酸素、フッ素、ネオン−２０及びネオン−２２からなるグループから選択される原子の核を含むものとする。
【００３０】
少なくとも１つの実施例において、前記装置の少なくとも２つの異なる領域を異なる温度に維持できる温度制御を使用し、また少なくとも１つの領域を約２５０゜Ｋ（ケルビン）より低い温度に冷却する。前記温度制御は極低温流体を用いることができる。少なくとも１つの中性子反射器は、前記複数の反応物質核及び減速材核を少なくとも部分的に包囲することができ、前記中性子反射器は減速材核を有し、また前記中性子反射器の厚さは、約２０センチメートルより大きく、かつ約１５メートル未満とすることができる。装置は、反応物質核をより高い密度で含む前記複数の反応物質核の領域に向けて中性子を反射する外側中性子反射器及び内側中性子反射器の双方を備えることができる。
【００３１】
少なくとも１つの実施例において、標的は、加速粒子が衝突するとき中性子を放出するよう構成し、前記標的は、重水素、三重水素、ヘリウム−４、リチウム−７、ベリリウム、ボロン−１１、炭素、窒素−１５、酸素、フッ素、ネオン−２０、ネオン−２２、タンタル、タングステン、鉛、水銀、タリウム、トリウム、ウラン、ネプツニウム、及び他の超ウランからなるグループから選択した原子を含むものとする。前記加速粒子はアクセスチャンネルから前記装置に進入し、前記アクセスチャンネルは、前記アクセスチャンネルに衝突する前記加速粒子のうち５０パーセントより多くの加速粒子を受け入れるよう構成する。
【００３２】
少なくとも１つの実施形態において、中性子源を使用して反応物質同位体から崩壊生成物核を生成する方法は、第１平均微視的熱中性子捕獲断面積を有する複数の反応物質核及び複数の減速材核を準備するステップを有する。この場合、同位体の核種が中性子源から放出された全中性子のうち少なくとも１％を捕獲するものであり、反応物質核ではない該同位体からなる同位体集合を規定する。さらに、すべての核が前記同位体集合からなる複数の第２の核であって、前記第２の核の少なくとも約９０％が前記反応物質核における任意の反応物質核の微視的熱中性子捕獲断面積よりも小さい微視的熱中性子捕獲断面積を有すると規定する。減速材核の総質量が約１キログラムより大きいものとする。本発明方法は、中性子を発生させるステップと、前記中性子が前記反応物質核によって捕獲されるとき反応生成物を生成するよう前記中性子を前記複数の反応物質核に照射するステップと、を有する。本発明方法は、前記反応生成物同位体の放射性崩壊によって生成される崩壊生成物を前記複数の反応物質核から抽出するステップを有する。
【００３３】
少なくとも１つの実施例において、前記中性子は原子炉又は臨界未満集合体によって生成する。
【００３４】
少なくとも１つの実施例において、前記中性子は原子炉又は臨界未満集合体のどちらでもない源によって生成する。
【００３５】
前記反応物質核はモリブデン−９８を含むことができ、この場合、前記崩壊生成物はテクネチウム−９９ｍ含むものとする。この場合、前記反応物質核の中性子捕獲率を中性子源の中性子生成率で割った値は約１％より大きい。
【００３６】
少なくとも１つの実施例において、前記減速材核は、重水素、三重水素、ヘリウム−４、リチウム−７、ベリリウム、ボロン−１１、炭素、窒素−１５、酸素、フッ素、ネオン−２０及びネオン−２２からなるグループから選択される原子の核を含むものとする。
【００３７】
前記複数の第１の反応物質核及び前記複数の減速材核を少なくとも１つの中性子反射器によって少なくとも部分的に包囲し、前記中性子反射器は減速材核を有し、また前記中性子反射器の厚さは、約２０センチメートルより大きく、かつ約１５メートル未満とすることができる。外側中性子反射器及び内側中性子反射器の双方が、反応物質核をより高い密度で含む領域に向けて中性子を反射することができる。
【００３８】
少なくとも１つの実施例において、温度制御は、前記装置の少なくとも２つの異なる領域を異なる温度に維持でき、また少なくとも１つの領域を約２５０゜Ｋ（ケルビン）より低い温度に冷却する。前記温度制御は極低温流体を用いることができる。
【００３９】
少なくとも１つの実施例において、標的は、加速粒子が衝突するとき中性子を放出するよう構成し、前記標的は、重水素、三重水素、ヘリウム−４、リチウム−７、ベリリウム、ボロン−１１、炭素、窒素−１５、酸素、フッ素、ネオン−２０、ネオン−２２、タンタル、タングステン、鉛、水銀、タリウム、トリウム、ウラン、ネプツニウム、及び他の超ウランからなるグループから選択した原子含むものとする。前記加速粒子はアクセスチャンネルから前記装置に進入し、前記アクセスチャンネルは、前記アクセスチャンネルに衝突する前記加速粒子のうち５０パーセントより多くの加速粒子を受け入れるよう構成する。
【００４０】
少なくとも１つの実施形態において、中性子源を用いて反応物質から崩壊生成物を生成するシステムは、複数の反応物質核、複数の減速材核、及び中性子源を備える。前記減速材核は、重水素、三重水素、ヘリウム−４、リチウム−７、ベリリウム、ボロン−１１、炭素、窒素−１５、酸素、フッ素、ネオン−２０及びネオン−２２からなるグループから選択される原子の核を含むものとする。前記反応物質核は、モリブデン−９８を含むものとする。モリブデン−９８原子核の中性子捕獲率を中性子源の中性子生成率で割った値は約１％より大きいものとする。モリブデン−９８の質量は約１００ｋｇ未満であり、また減速材核の質量は少なくとも１ｋｇとする。
【００４１】
少なくとも１つの実施例において、前記中性子源は、原子炉又は臨界未満集合体とする。
【００４２】
少なくとも１つの実施例において、前記中性子は、原子炉又は臨界未満集合体のどちらでもない中性子によって生成する。
【００４３】
少なくとも１つの実施例において、前記減速材核は、重水素、三重水素、ヘリウム−４、リチウム−７、ベリリウム、ボロン−１１、炭素、窒素−１５、酸素、フッ素、ネオン−２０、及びネオン−２２からなるグループから選択した原子の核を含むものとする。
【００４４】
少なくとも１つの実施例において、標的は、加速粒子が衝突するとき中性子を放出するよう構成する。前記標的は、重水素、三重水素、ヘリウム−４、リチウム−７、ベリリウム、ボロン−１１、炭素、窒素−１５、酸素、フッ素、ネオン−２０、ネオン−２２、タンタル、タングステン、鉛、水銀、タリウム、トリウム、ウラン、ネプツニウム、及び他の超ウランからなるグループから選択した原子を含むものとする。
【００４５】
前記加速粒子はアクセスチャンネルから前記システムに進入し、前記アクセスチャンネルは、前記アクセスチャンネルに衝突する前記加速粒子のうち５０パーセントより多くの加速粒子を受け入れるよう構成する。
【００４６】
少なくとも１つの実施例において、少なくとも１つの中性子反射器は、減速材核を含むものとし、また前記複数の反応物質核及び前記複数の減速材核を少なくとも部分的に包囲する。前記中性子反射器の厚さは、約２０センチメートルより大きく、約１５メートル未満とする。
【００４７】
少なくとも１つの実施例において、外側中性子反射器及び内側中性子反射器の双方が、反応物質核をより高い密度で含む前記複数の反応物質核の領域に向けて中性子を反射する。
【００４８】
少なくとも１つの実施例において、温度制御は、前記システムの少なくとも２つの異なる領域を異なる温度に維持でき、少なくとも１つの領域を２５０゜Ｋ（ケルビン）より低い温度に冷却する。前記温度制御は極低温流体を含むことができる。
【００４９】
少なくとも１つの実施形態において、プロセスは、複数の反応物質核及び複数の減速材核を組み合わせるステップを有する。前記減速材核は、重水素、三重水素、ヘリウム−４、リチウム−７、ベリリウム、ボロン−１１、炭素、窒素−１５、酸素、フッ素、ネオン−２０及びネオン−２２からなるグループから選択される原子の核を含むものとする。原子炉又は臨界未満集合体のどちらでもない中性子源を、中性子捕獲によって反応生成物核を生成するのに十分な程度に前記反応物質核に近接して配置する。前記反応物質核はモリブデン−９８を含むものとする。
モリブデン−９８原子核の中性子捕獲率を中性子源の中性子生成率で割った値は約１％より大きいものとする。モリブデン−９８の質量は約１００ｋｇ未満であり、また減速材核の質量は少なくとも１ｋｇとする。前記組み合わせに中性子を照射し、前記中性子を前記反応物質核が捕獲するとき放射性反応生成物核を生成する。
【００５０】
少なくとも１つの実施例において、前記反応物質核はモリブデン−９８を含むものとし、また前記反応物質核の中性子捕獲率を中性子源の中性子生成率で割った値は約１％より大きいものとする。前記照射した組み合わせから前記反応生成物核及び崩壊生成物核のうち少なくとも一方を抽出することができる。前記崩壊生成物核はテクネチウム−９９ｍを含むことができる。
【００５１】
少なくとも１つの実施形態において、反応生成物核を生成するためのシステムは、反応物質核と、中性子捕獲によって反応生成物核を生成するのに十分な程度に前記反応物質核に近接させて配置する中性子源と、前記システムの少なくとも１ｋｇを約２５０゜Ｋ（ケルビン）より低い温度に冷却する温度制御と、を備える。
【００５２】
少なくとも１つの実施例において、前記モリブデン−９８原子核の中性子捕獲率を中性子源の中性子生成率で割った値は約１％より大きいものとする。前記減速材核は、重水素、三重水素、ヘリウム−４、リチウム−７、ベリリウム、ボロン−１１、炭素、窒素−１５、酸素、フッ素、ネオン−２０及びネオン−２２からなるグループから選択される原子の核を含むものとすることができる。前記反応物質核はモリブデン−９８を含むものとすることができる。
【００５３】
上述の要約及び以下の詳細な説明は図面を参照して読むべきであり、これら図面は以下に簡潔に記載する特定の例示的実施形態及び特徴を示す。しかし、上述の要約及び以下の詳細な説明は、明示したこれら実施形態のみに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】モリブデン−９９及びテクネチウム−９９を生成する既知の誘発分裂プロセスを示す。
【図２】モリブデン−９９及びテクネチウム−９９を生成する既知の中性子放射化プロセスを示す。
【図３】少なくとも１つの実施形態による反応物質核から反応生成物核を生成する装置の断面図である。
【図４】少なくとも１つの他の実施形態による反応物質核から反応生成物核を生成する他の装置の斜視図である。
【図５】図４の装置の内部の模式図である。
【図６】さらに他の実施形態による反応物質核から反応生成物核を生成する装置の模式図である。
【図７】さらに別の実施形態による所望核種を生成するシステムの断面図である。
【図８】少なくとも１つの実施形態による図７のシステム内に粒子の高エネルギービームを指向させる粒子加速器を示す。
【図９】層状シェル容器に使用する温度制御システムを示す。
【発明を実施するための形態】
【００５５】
本明細書における記載は、より広い本発明要旨における１つ又は複数の特定実施形態を理解させるに十分な詳細で提示する。これら記載は、本発明の要旨を明確に記載した実施形態及び特徴に限定することなく、それら特定実施形態の特定の特徴を説明しかつ例示するものである。これら記載の観点における考慮は、本発明の要旨の範囲から逸脱することなく、追加の及び類似の実施形態についても同等に生ずる。プロセス又は方法における特徴に関してステップが暗示されるが、順序又はシーケンスが明示されない限り、表現又は暗示されるステップにおいていかなる特定の順序又はシーケンスを含意するものではない。
【００５６】
特定の例示的実施形態における以下の記載の理解を助長するため、また記載の全範囲が特別に記載したいかなる実施形態をも越えることを明らかにするため、数個の下記の基礎的原理を、例示的実施形態に限定することなく考慮することができる。これら基礎的原理によれば、同位体生成は、以下のこと、すなわち、
１）原子炉又は臨界未満集合体のどちらでもない中性子源を使用する、
２）減速材核の選択による意図した反応物質核で中性子捕獲の確率を高める、
３）中性子反射器を使用して、散逸する又は漏洩する中性子を反応チャンバに回帰させる、
４）随意的に、中性子捕獲の温度増大、好適には、中性子捕獲の低温増大を使用する、
ことによって、実施することができる。
【００５７】
すなわち、中性子は、臨界未満の量若しくは構成における自然に分裂し易い材料が臨界に達せずに幾分の誘発分裂を受ける核分裂原子炉又は臨界未満集合体を使用することなく、中性子捕獲反応のために中性子を得ることができる。本発明を説明するため、用語「臨界未満集合体」は、未臨界原子炉もあり得ることを意味すると理解されたい。以下の記載において、特別に設計した構造は、進入する中性子を減速させ、またモリブデン−９８（９８Ｍｏ）のような所定の意図した反応物質核によって捕獲される機会を大幅に高めるよう反射させるよう実施する。以下に記載される容器及びハウジングは、概して、磁束トラップのようではあるが、原子炉の関連下又は制限下ではなしに、中性子漏洩を最小化し、また内部での中性子散乱を最大化するよう構成する。随意的に、例えば液体ヘリウム、液体酸素、液体窒素又は液体重水素のような極低温流体を使用することによって反応物質核を収容する容積部を冷却することは、意図した反応物質核が中性子捕獲の確率を上げる。本明細書の説明目的のため、反応チャンバは、反応物質核が中性子を捕獲する任意な容積部とする。
【００５８】
後述する幾つかの実施形態で見られる上述の基礎的原理１に対する例外は、中性子源が原子炉又は臨界未満集合体であるときである。例えば、原子炉又は臨界未満集合体は、以下に記載する幾つかの実施形態のために中性子を漏洩させて中性子源を得るよう構成することができる。例えば、一実施形態において、原子炉又は臨界未満集合体は、１０７回／秒を超える中性子捕獲率で中性子捕獲による反応生成物核を生成するのに十分な程度に反応物質核に近接させて配置する。これらの実施例において、原子炉又は装置のいずれかのジオメトリは、原子炉又は臨界未満集合体から反応物質核を収容する装置の容積部への中性子輸送を容易にするよう変更することができる。
【００５９】
モデル化シミュレーションは、上述の原理のうち幾つかを少なくともある程度実現する１〜３メートル直径の容器を有するシステムは、従来技術を超える中性子効率で、９９Ｍｏを含む生産が困難な放射性同位体（「ＲＩ」）を生成できることを示しており、上述の中性子効率は、以下の通りに定義され、すなわち、
中性子効率＝（反応生成物核の生成率）／（中性子生成率）
である。この定義に関して、上述の生成率は、動作期間中、より具体的には、中性子が生成されているときの動作期間中に観測されるものと理解されたい。この定義に関して、さらに、分母の「中性子生成率」における中性子は、二次的反応（例えば、(n, xn)反応のような）に起因して逐次に生成される中性子ではなく、初期的に生成される中性子を意味するものと理解されたい。初期的に生成される中性子は、例えば、装置外部を起源としてその後に装置に入射する中性子、及びＤＴ反応又は破砕反応のような荷電粒子反応の作用によって装置内で生成した中性子の双方を含む。それに続く中性子増殖、例えば、（n, xn）反応は、分母を増大することには関与しない。さらに、この定義に関して、分子及び分母における率は、時間、日数又はそれ以上のような長期間の時間単位よりも、短い時間インターバル、好適には分、及びより好適には秒にわたって平均をとったものと理解されたい。上述の率は、時間単位のような長期間の時間スパンにわたって平均をとったものではなく、瞬間的な率の文脈で考慮すべきである。
【００６０】
シミュレーションによれば、２５パーセントにも達する中性子効率が以下に記載する実施形態のうち１つ又は複数を実施する際に得られる。より高い効率は、反射器のジオメトリ、温度及び／又は元素組成における若干の改善による１つ又は複数の実施形態を改善する際に実現することができる。少なくとも１つの同位体を生成するシステムの数種類の実施形態を以下の詳細な記載で説明し、また図面で示す。このような少なくとも１個の実施形態において、同位体生成システムは、反応物質核が存在しかつ減速材核が存在する反応チャンバを備える。中性子捕獲反応のための中性子は、外部中性子源から反応チャンバ内に導入する、又は反応チャンバ内若しくは反応チャンバ近傍における破砕標的に加速粒子を衝突させるときの破砕により局所的に生成する。中性子のうち、初期的に反応物質核の高濃度領域での捕獲を回避しまた逸脱する少なくとも幾つかは、その後に反射してそれら領域に向かって戻り、各中性子が意図した反応物質核によって捕獲される確率を高める。単一及び多重反射器構成を以下に説明する。反射器は、反応チャンバの物理的な壁として２重の機能を有することができる。反射器は、反応チャンバ内で減速材核を使用して形成することができる。
【００６１】
以下の記載は、反応物質核、反応生成物核、崩壊生成物核、及び減速材核について言及する。他に明示又は含意させない限り、このような言及は、電子が核周りの電子殻に結合されているか否かに無関係になされる。これら記載は、したがって、記載される核のイオン化した原子構成及び荷電平衡した原子構成の双方に関連し、記載される核は、非荷電原子、イオン化原子、自由原子、及びイオン結合及び共有結合を含む分子結合で結合された原子の構成とすることができる。記載される核は、固体、ガス、ゲル、液体、又は他の形態で存在し得る。反応物質及び減速材種は、不規則混合物、規則的マトリクス、及び分子化合物として、中性子被曝前に混合することができ、またこのような構成は、例えば、その後の崩壊に至る中性子捕獲反応の際に、維持、改変、又は喪失することができる。反応物質核は、単一場所に集中させる、又は装置全体にわたり分散させることができる。反応物質核は、固体形態である場合、１つ又は複数のペレットに、又は大きな表面積を有するフォイルに、又は他の形状に集中させることができる。反応物質核は、溶媒内の溶液で、液体内の成分で、又はガス形態で存在することができる。
【００６２】
反応物質核から反応生成物核を生成するための装置３００を図３の断面図で示す。断面図で円状扇形をした装置３００は反応チャンバ３０４を画定する。半径方向側壁３０６は、基端壁３１０から末端壁３１２まで拡開し、反応チャンバ３０４は基端壁から末端壁まで拡張する。基端壁３１０に貫通形成したアクセスチャンネル３１４により、中性子は中性子源３１６から反応チャンバ３０４内に進入することができ、図示の実施例において、中性子源３１６は原子炉又は臨界未満集合体ではない。中性子源３１６は、中性子捕獲によって反応生成物核を生成するのに十分な程度に反応物質核に近接する。図３における素子３１８は、例えば、反応物質、生成物、又は他の化学種若しくは核種を反応チャンバ３０４に対して進入又は抽出させるチャンネル又はプロセスを示す。
【００６３】
反応チャンバの壁は、随意的に、中性子反射器として作用するよう、反応チャンバ３０４を包囲し、壁に到達及び／又は進入する中性子の少なくとも幾つかを反応チャンバ３０４に回帰させ、各中性子が意図した反応物質核によって捕獲される確率を高めるようにする。壁は減速材核を含み、これにより壁は、低（小さい）微視的熱中性子捕獲断面積を有する高減速比材料から構成される。例えば、壁はベリリウム及び／又は炭素を含むことができる。少なくとも１つの実施形態における壁の厚さは、約２０センチメートルより大きく、かつ約１５メートル未満とする。
【００６４】
反応チャンバ３０４内で、中性子３２０は、好適には反応物質核３２２によって捕獲されて、所望の反応生成物核３２４を生成する。図示の実施形態において、減速材核３２６も反応チャンバ３０４内に存在し、この減速材核も随意的に反射核として作用する。反射核の十分な厚みも種々のジオメトリを有する実施形態において反射器として作用することができる。
【００６５】
少なくとも１つの実施形態において、複数個の反応物質核３２２は、第１平均微視的熱中性子捕獲断面積を有する。さらに、それらの同位体からなる同位体の捕集を含み、またこれにより定義され、同位体の核種が中性子源から放出されるすべての中性子の少なくとも１％を捕獲し、またその同位体は反応物質核ではないとする。さらに、核の少なくとも９０％がいかなる反応物質核の微視的熱中性子捕獲断面積よりも小さい微視的熱中性子捕獲断面積を有する、同位体の捕集からのすべての核からなる第２の複数の核を定義する。
【００６６】
少なくとも１つの実施形態において、減速材核の総質量は約１キログラムより大きい。少なくとも１つの実施形態において、装置３００は、そのシステムの少なくとも０.１ｋｇを約２５０゜Ｋ（ケルビン温度）又はそれ以下に冷却できる温度制御を含む。
【００６７】
少なくとも１つの実施形態において、反応物質核３２２はモリブデン−９８原子核を有し、反応物質核中性子捕獲率を中性子源生成率で割った値は、約１％より大きい。少なくとも１つの実施形態において、反応物質核中性子捕獲率を中性子源生成率で割った値は、約５％より大きい。
【００６８】
少なくとも１つの実施形態において、反応生成物核３２４は、中性子捕獲反応によってモリブデン−９８反応生成物核３２４から生じたモリブデン−９９原子核を含む。モリブデン−９９の崩壊に起因して、テクネチウム−９９ｍ崩壊生成物核が含まれることもあり得る。
【００６９】
少なくとも１つの実施形態において、減速材核３２６は、重水素、三重水素、ヘリウム−４、リチウム−７、ベリリウム、ボロン−１１、炭素、窒素−１５、酸素、フッ素、ネオン−２０及びネオン−２２からなるグループから選択される原子の核を含む。
【００７０】
中性子源３１６は、原子炉又は臨界未満集合体ではない多くのタイプの中性子源を模式的に示す。好適な例としては、中性子放出器、中性子発生器、又は中性子生成装置がある。少なくとも１つの実施形態において、図示の中性子源３１６は、毎秒１×１０１４個より多くの中性子を放出する中性子発生器を示す。この中性子発生器としては、８ＭｅＶより大きい（ＤＴ中性子生成反応よりも相当低い）発射エネルギー及び一般的にはミリアンペア又はそれより高い範囲のビーム電流を有する陽子加速器、重陽子加速器、又はヘリウム−イオン加速器があるが、システムは、数マイクロアンペアから数１００アンペアにわたる範囲のビーム電流で設計することができる。したがって、種々の実施形態において、中性子３２０は中性子源３１６によって供給され、この中性子を反応物質核３２２に照射し、中性子３２０が反応物質核３２２によって捕獲されるとき、反応生成物核３２４が発生する。
【００７１】
図示の実施形態におけるシステム３００を利用して、誘発中性子捕獲を含む段階的プロセスで特定の核種を生成し、この段階的プロセスは、１回又は複数回の放射性崩壊段階が後続し、この結果特定核種の生成が得られる。少なくとも１つの実施例において、反応物質核３２２は中性子３２０に被曝され、中性子捕獲によって反応生成物核３２４を生成する。反応生成物核３２４の自然放射性崩壊は、その後、所望特定核種の崩壊生成物核３２８を生成する。特定実施例において、図３における反応物質核３２２は９８Ｍｏ原子核を示し、この９８Ｍｏ原子核が中性子３２０を捕獲して、反応生成物核３２４で示される９９Ｍｏ原子核を生成する。この特定実施例につき引き続き説明すると、崩壊生成物核３２８は、９９Ｍｏの放射性崩壊で生成した所望核種９９ｍＴｃを示す。図３は、所望核種が崩壊連鎖で存在し、この崩壊連鎖において、１回又は複数回の放射性崩壊が反応物質核３２２に中性子３２０を照射することによって誘発される中性子捕獲で反応生成物核３２４の生成を引き続き生ずる。９８Ｍｏによる中性子捕獲に続く９９Ｍｏが１段階の放射性崩壊で９９ｍＴｃを生ずるが、これら説明は、複数段階の崩壊を生ずる様々な他の崩壊シーケンスにも関連する。
【００７２】
概して、９８Ｍｏ反応物質同位体３２２が溶解又は懸濁する様々な溶媒又は流体は、減速材３２６又はその一部として使用するが、それは各溶媒又は流体成分内の原子が、９８Ｍｏ反応物質３２２の微視的熱中性子捕獲断面積よりも低微視的熱中性子捕獲断面積を有する限りにおいてである。概して、これら溶媒又は流体は、水素、ヘリウム、ベリリウム、炭素、酸素、フッ素のような元素、及び他の元素の２，３の同位体から構成することができる。９８Ｍｏ反応物質３２２は、これら溶媒又は流体内に規則的形態又は液状形態のいずれかで懸濁又は溶解することができる。
【００７３】
例えば、反応物質３２２である９８Ｍｏの微視的熱中性子捕獲断面積は、液体内の酸化重水素３３２原子核の微視的熱中性子捕獲断面積よりも相当高い。例として、９８Ｍｏ反応物質３２２の微視的熱中性子捕獲断面積は、２個の水素原子又は１個の酸素原子の微視的熱中性子捕獲断面積が１ミリバーンよりも低いのに比べて、約１３０ミリバーンである。このように、中性子３２０が９８Ｍｏ反応物質３２２原子核によって捕獲される原子核あたりの確率は、酸化重水素によって捕獲される中性子の確率よりも相当高い。中性子３２０が９８Ｍｏ反応物質３２２原子核によって捕獲された後、９９Ｍｏ反応生成物３２４を形成する。９９Ｍｏ反応生成物３２４は、次いで崩壊して９９ｍＴｃ崩壊生成物３２８を生成し、この９９ｍＴｃ崩壊生成物３２８は、反応チャンバ３０４からチャンネル３１８経由で直接かつ連続的に抽出することができ、このチャンネル３１８は、放射化学分離を行うことを意図したバルブ又は他の機械的及び化学的構造を有することができ、所望反応生成物又は崩壊生成物を単離する。
【００７４】
代案として、９８Ｍｏ反応物質３２２を別個の液体又は流体に懸濁又は溶解させる代わりに、９８Ｍｏ反応物質３２２自体を液体化合物の一部とすることができる。限定しないが、その実施例としては、二フッ化モリブデン（９８ＭｏＦ２）；三フッ化モリブデン（９８ＭｏＦ３）；四フッ化モリブデン（９８ＭｏＦ４）；六フッ化モリブデン（９８ＭｏＦ６）；モリブデン、酸素、及び／又はフッ素の化合物（ＭｏＯｎＦｍ）；がある。
【００７５】
概して、装置３００は中性子３２０を容積部内に導き入れ、この容積部内で中性子は、他の核ではなく９８Ｍｏによって、強力熱化及び／又は高減速比がないシステムにおけるよりも著しく高い比率で捕獲され、これは９８Ｍｏが孤立した状態で低微視的熱中性子捕獲断面積（約１３０ミリバーン）しか持たなくてもである。このように、装置３００は、中性子源から放出された中性子３２０を所望反応物質核によって捕獲することができ、中性子３２０の大部分が漏洩することもなく又は９８Ｍｏ以外の核によって捕獲されることもなく、したがって、無駄になることもなく、捕獲できる。この結果、装置３００における所望反応物質核での中性子捕獲効率は、高い（１〜３０％の間の値）ものであり、また一般的に上述したような以下の関係によって記述され、すなわち、
中性子効率＝（反応生成物核の生成率）／（中性子生成率）
であり、反応物質核が９８Ｍｏからなる場合、反応生成物核は９９Ｍｏである。しかし、若干のモデルでは、反応物質核の温度を変化させることによって３０％よりも高い効率が得られることを示した。
【００７６】
少なくとも１つの実施形態による、反応物質核から反応生成物核を生成するシステム４００を図４〜５に示す。このシステムは球形の壁４０２を有する。この壁４０２に画定したアクセスチャンネル４０４により、加速された粒子が中心の球形標的４０６に到達することができる。球形シェル形状の反応チャンバ４１０（図５参照）は標的４０６を少なくとも部分的に包囲する。この包囲するチャンバは標的を中心にして包囲することができる。標的４０６は、アクセスチャンネル４０４から標的に達した加速粒子が衝突するとき、中性子を放出するよう構成する。この標的４０６は、重水素、三重水素、ヘリウム−４、リチウム−７、ベリリウム、ボロン−１１、炭素、窒素−１５、酸素、フッ素、ネオン−２０、ネオン−２２、タンタル、タングステン、鉛、水銀、タリウム、トリウム、ウラン、ネプツニウム、及び他の超ウランのような材料から構成することができる。アクセスチャンネルは、アクセスチャンネルに衝突する加速粒子の５０パーセントより多くを受け入れるよう構成する。
【００７７】
図３の反応チャンバ３０４の壁のように、図４〜５の壁４０２は中性子反射器として作用し、反応チャンバ４１０を包囲し、また壁に達する中性子のうち少なくとも幾つかを、反応物質核の密度がより高い反応チャンバ４１０に回帰させ、各中性子が反応物質核によって捕獲される確率を高めるようにする。壁は、減速材核を含み、これにより壁は、低中性子捕獲断面積を有する高減速比材料から構成される。例えば、壁４０２はベリリウム及び／又は炭素を含むことができる。少なくとも１つの実施形態における壁の厚さは、約２０センチメートルより大きく、かつ約１５メートル未満とする。幾つかの実施形態において、１メートル〜３メートルの間における値の厚さを使用する。
【００７８】
図示の実施形態において、アクセスチャンネル４０４は、半径方向に延在する管状壁４１２によって画定し、この管状壁４１２は、容器壁４０２の外面４１４を標的４０６に連結する。図５に示すように、球形シェル状の反応チャンバ４１０は、球形の標的４０６及び半径方向に延在する管状壁４１２によってアクセスチャンネル４０４から隔絶される。球形のハウジング４００は、さらに、反応チャンバ４１０から反応生成物又は崩壊生成物を直接抽出するチャンネル４１６を有する。チャンネル４１６は、バルブ及び他の類似する機械的構造を有することができる。
【００７９】
粒子加速器４２０は粒子の高エネルギービーム４２２をシステム４００のアクセスチャンネル４０４内に導き入れる（図７参照）。ビーム４２２の経路内の標的４０６は、粒子ビームが標的に衝突するときに中性子を生成する。粒子加速器４２０は、例えば、陽子、重陽子、三重陽子、ヘリウム、又は他の粒子の高エネルギービームを供給することができる。粒子加速器４２０及び標的４０６は、ともに原子炉でも又は臨界未満集合体でもない中性子源を構成する。
【００８０】
少なくとも１つの実施形態において、標的４０６で生成した中性子は、完全に又は部分的に等方性をもって放出される。したがって、中性子を放出する標的をほぼ球形の反応チャンバの中心に配置することにより、意図した反応物質核が放出された核を待機している反応チャンバ４１０の容積部内に中性子を相当均等に分布させるのを容易にする。しかし、標的４０６は、例えば、壁４０２に対して非同心状となるよう構成し、また反応チャンバ４１０内における任意の場所又は任意の相対位置に配置して、チャンバ内で意図した反応物質核による捕獲に関する中性子効率を最大化することができる。
【００８１】
図３の反応チャンバ３０４につき既述したように反応チャンバ４１０内で（図５参照）、中性子３２０は反応物質核３２２によって捕獲されて、所望の反応生成物核３２４を生成する。このように、反応生成物核３２４は、中性子捕獲反応によってモリブデン−９８反応生成物核３２４から生じたモリブデン−９９原子核を含むことができる。モリブデン−９９の崩壊に起因して、テクネチウム−９９ｍ崩壊生成物核が含まれることもあり得る。減速材核３２６も反応チャンバ４１０内に存在させることもでき、減速材核は、随意的に反射核としても作用する。少なくとも１つの実施形態において、図３につき既述したように、この減速材核３２６は、重水素、三重水素、ヘリウム−４、リチウム−７、ベリリウム、ボロン−１１、炭素、窒素−１５、酸素、フッ素、ネオン−２０及びネオン−２２からなるグループから選択される原子の核を含む。
【００８２】
少なくとも１つの他の実施形態による、反応物質核から反応生成物核を生成するシステム５００を図６に示す。このシステム５００は、図５のシステム４００とは、中性子源４２４が加速器４２０及び標的４０６の代わりに使用されている点で相違する。中性子源４２４は、中性子を等方的に放出できる中性子発生装置、又はカリホルニウム−２５２のような中性子を放出する放射性崩壊源とすることができる。システム５００は、その他の点で図５につき上述した説明が図６にも適用できる程度に、システム４００と同様であり、とくに、類似要素には同一の参照符号を付して示す。
【００８３】
図３，５及び６に関連する運用例において、中性子捕獲用に意図した反応物質３２２は９８Ｍｏであり、反応生成物３２４は９９Ｍｏであり、また崩壊生成物同位体は９９ｍＴｃである。中性子３２０は反応チャンバ４１０内に放出される。中性子３２０が９８Ｍｏ反応物質核３２２によって捕獲されるとき、９９Ｍｏ反応生成物核３２４を形成する。９９Ｍｏ反応生成物核３２４は、最終的にβ崩壊により崩壊して９９ｍＴｃ崩壊生成物核３２８を形成する。この実施例において、反応物質核３２２及び減速材核３２６は、限定しない実施例として、液体、ガス、又はゲル内に存在させることができる。
【００８４】
この運用実施例において、９８Ｍｏ反応物質３２２は、溶液又は懸濁液内で減速材３２６と組み合わせることができる。減速材核３２６としては、限定しない実施例として、重水素、三重水素、ヘリウム−４、リチウム−７、ベリリウム、ボロン−１１、炭素、窒素−１５、酸素、フッ素、ネオン−２０及びネオン−２２がある。他の減速材の例としては、酸化重水素（Ｄ２Ｏ）のような重水素化された化合物、重水素化された過酸化水素（Ｄ２Ｏ２）及び重水素化された有機化合物（ＤｎＣｍＯｐ）がある。さらに他の減速材の例としては、酸素（Ｏ２）、二酸化炭素（ＣＯ２）、重水素化されたメタノール、重水素化されたエタノール、及びフッ素がある。
【００８５】
９８Ｍｏ反応物質３２２が懸濁する様々な溶媒又は流体は、それは各溶媒又は流体の成分が、９８Ｍｏ反応物質３２２よりも低微視的熱中性子捕獲断面積を有する限りにおいて使用することができる。概して、これら溶媒又は流体は、水素、ヘリウム、炭素、酸素、フッ素、及び他の元素の２，３の同位体から構成することができる。９８Ｍｏ反応物質は、これら溶媒又は流体内に懸濁又は溶解することができる。
【００８６】
代案として、９８Ｍｏ反応物質を別個の液体又は流体に懸濁又は溶解させる代わりに、９８Ｍｏ反応物質を液体又は固体の化合物の成分とすることができ、これら化合物としては、例えば、限定しないが、二フッ化モリブデン、フッ化モリブデン、四フッ化モリブデン、六フッ化モリブデン、酸化モリブデン、並びにモリブデン、酸素、及びフッ素の化合物（ＭｏＯｎＦｍ）がある。
【００８７】
崩壊生成物核又は反応生成物核は、素子３１８（図３参照）又はチャンネル４１６（図５及び６参照）経由で反応チャンバから直接かつ連続的に抽出することができ、素子３１８又はチャンネル４１６それぞれは、放射化学分離を行うことを意図したバルブ又は他の機械的及び化学的構造を有することができ、所望反応生成物又は崩壊生成物を単離する。処理は、連続的に、又はバッチモードで行うことができる。
【００８８】
少なくとも１つの実施形態による、所望核種を生成するシステム７００を図７に示す。このシステム７００は、外側壁７０２内における少なくとも部分的に球形のアセンブリを有する。システム７００は、例示目的で台形の台座として示したベース７０４によって支持する。ベース７０４は、実際の運用に干渉することなく、システム７００の重量を支持する。外側壁７０２内に多重球形シェル層が中心標的７０６を同心状構成にして包囲する。中心標的７０６は、粒子のビーム７５０が標的に入射するとき中性子を放出する。中性子は中心標的７０６を包囲する球形シェル層内に放出され、中性子の少なくとも幾つかは、最内側層７１０からより外側の層に通過する。球形シェル層のうち少なくとも１つは、中性子捕獲反応容積部として作用し、この容積部には中性子捕獲を意図した核を存在させる。他の層は、減速及び／又は反射層として作用し、中心標的から放出される中性子を意図した核が捕獲する確率を高めるようにする。
【００８９】
５個の球形シェル層を図７に示したが、これら記載は５個より少ない又は多い球形シェル層を有する層状構造にも関連する。例を挙げる目的で、図７に示す反応チャンバの球形シェル層は、中心球形標的７０６から外側壁７０２まで、第１層７１０、第２層７１２、第３層７１４、第４層７１６、及び第５層７１８として半径サイズが増大するよう本明細書に記載し、それらの参照符号の順番は層状構造における半径方向の順番位置に対応する。少なくとも１つの実施形態において、中心球形標的は最内側層で画定されるチャンバに置き換える。
【００９０】
図３の反応チャンバ３０４の壁のように、図７の壁７０２は、中性子反射器として作用するよう、反応チャンバを包囲し、壁に到達及び／又は進入する中性子の少なくとも幾つかを反射させ、各中性子が意図した反応物質核によって捕獲される確率を高めるようにすることができる。壁は減速材核を含み、これにより壁は、低熱中性子捕獲断面積を有する高減速比材料から構成される。例えば、壁７０２はベリリウム、酸素及び／又は炭素を含むことができる。減速材核は、反応チャンバの壁の内側における球形シェル層に存在させることができ、これら減速材核も中性子反射器として作用することができる。少なくとも１つの実施形態における壁の厚さは、約２０センチメートルより大きく、かつ約１５メートル未満とする。１〜２メートルに近似する厚さを、幾つかの実施形態において使用する。
【００９１】
図７において、４個の球形半径方向中間境界を、第１層７１０と第２層７１２との間における第１境界７２０、第２層７１２と第３層７１４との間における第２境界７２２、第３層７１４と第４層７１６との間における第３境界７２４、第４層７１６と第５層７１８との間における第１境界７２６として、断面で示す。
【００９２】
球形境界は、種々の実施形態において、隣接層を支持かつ分離する構造材料、又はそれらの分離を維持する付加的構造材料なしに層が出会うインタフェースとして示す。すなわち、中心標的７０６並びに順序付けした層７１０，７１２，７１４，７１６及び７１８は、種々の実施形態において、それらの位置、内容物、及び温度のような他の物理的特性の点に関して、それらの間の半径方向中間境界に介在材料が有る又は無しに係わらず、明確に区別される。付加的構造部材を使用して、各層及び境界を連結及び／又は支持することができる。スポーク状に延びる例示的な半径方向に配列させた梁７３０を、図７に境界７２０，７２２，７２４及び７２６を相互連結するものとして示す。
【００９３】
球形境界を構成する構造材料は、図７のシステム７００の少なくとも１つの実施形態において、低微視的熱中性子捕獲断面積材料を有する。例えば、炭化ケイ素、炭化ベリリウム、炭素、及びジルコニウムを使用することができる。構造材料層の最適な厚さ及び組成は実施形態間で変化する。種々の実施形態における構造層は、安定性を与えるのに十分な厚さを有するが、過度に中性子を捕獲して中性子効率を低下させるほどは厚くないものとする。幾つかの実施形態において、３００ミリバーン未満の平均微視的熱中性子捕獲断面積を有する構造材料、例えば、ジルコニウムを使用することができる。他の実施形態において、３００ミリバーン未満の平均微視的熱中性子捕獲断面積を有する構造材料、例えば炭素、重水素及び酸素を含むポリマー又はプラスチックを使用することができる。幾つかの実施形態において、構造支持をもたらす材料は、減速材核として２重化することができる。
【００９４】
標的７０６から中性子を放出する際に、中性子捕獲プロセスは、所望核種の生成を容易にする１つ又は複数の包囲層７１０，７１２，７１４，７１６及び７１８内でシステム７００の標的と外側壁７０２との間で生ずる。外側壁７０２は便宜上球形境界として示すが、幾つかの実施形態において他の形態をとることができる。
【００９５】
アクセスチャンネル７３２は、サイズが外側壁７０２から中心球形標的７０６に向けて減少するテーパ付きボアとして示す。アクセスチャンネル７３２によれば、粒子のビーム７５０は標的７０６に到達することができる。アクセスチャンネル７３２を画定する半径方向に延びる壁７３４を、図７に層状構造に貫通するテーパ付きボアに合致する円錐形状として示す。様々な他の実施例において、壁７３４及びボアは、例えば、アクセスチャンネル７３２を画定するテーパのない円筒形状に合致する他の形状にする。少なくとも１つの実施形態における半径方向に延びる壁７３４は、外側壁７０２を中心標的７０６に連結し、層７１０，７１２，７１４，７１６及び７１８を互いに、また外側壁７０２の外部から隔絶するとともに、中心標的７０６へのアクセスを可能にする。
【００９６】
アクセスチャンネル７３２は立体角７３６を見込むものとして示し、説明目的の例示のために鋭角として示す。他の実施形態において角度７３６は鈍角とする。少なくとも１つの実施形態において、立体角７３６は、層７１０〜７１８が半球形となるよう約２πステラジアンとする。したがって、様々な実施形態において、立体角７３６は任意な値とすることができ、またアクセスチャンネル７３２は任意なサイズ及び形状とすることができる。
【００９７】
アクセスチャンネル７３２は２以上の目的のために供することができる。粒子ビームをシステム７００の中心に到達させることができ、このシステム７００において、陽子、重水素、ヘリウムの原子核、及び他の飛翔体のような入来粒子が、例えば、中心標的で核反応を誘発することによって中性子を生成することができる。例えば、中心標的７０６としてベリリウムを使用する場合、陽子のような入来高エネルギー粒子は、９Ｂｅ（p, n）反応によって中性子を形成することができる。さらに、アクセスチャンネル７３２は、冷却流体を流入及び流出させることもでき、これによりシステム７００の層における温度を制御することができる。例えば、液体によるヘリウム、酸素、及び／又は他の冷却剤を使用して、中心球形標的７０６及び層７１０〜７１８の温度をそれぞれに対応する特定温度に維持することができる。システム７００の幾つかの実施形態において、温度は、減速比を優先的に制御する及び／又は所望反応物質同位体の微視的中性子捕獲断面積を増大するのを維持する。幾つかの実施形態において、温度は幾つかの層で１００゜Ｋ未満まで、またヘリウムの沸点のような低さにまでも、それよりさらに低い温度にまでも低下する。
【００９８】
これら記載した目的のうち一方又は双方は、種々の実施形態におけるアクセスチャンネル７３２によって果たされる。例えば、中性子生成機構は、全体的に容器内部に収容することができ、また冷却又は加熱は必要とする又は必要としない。さらに、１つよりも多いボアを設けることができる。ボアの形状、サイズ、場所、及び個数は上述の原理が変化することなく変動することができる。幾つかの実施形態は何らボアを使用しない。
【００９９】
少なくとも１つの実施形態において、中性子放出標的は、反応物質核の微視的熱中性子捕獲断面積よりも大きい微視的熱中性子捕獲断面積を有する少なくとも１０グラムの核を、中性子エネルギーが熱エネルギーよりも相当高い容積部内に備える。少なくとも１つの実施形態において、中性子放出標的は、反応物質核の微視的熱中性子捕獲断面積よりも大きい微視的熱中性子捕獲断面積を有する少なくとも１０グラムの核を備え、また中性子放出標的は、できるだけ少なく中性子を吸収するよう、例えば、標的で生成されるすべての中性子のうち１.５％未満又は１０％未満しか吸収しないよう（ジオメトリ的かつ熱的に）構成する。
【０１００】
少なくとも１つの実施形態において、外部から送給される粒子ビーム７５０はアクセスチャンネルに進入し、標的７０６で核反応により中性子を生成する。他の実施例において、中性子のＲＩ崩壊源を標的位置に配置し、例えば、ＡｍＢｅ、２５２Ｃｆ、ＰｕＢｅ及び他のＲＩ崩壊源を使用することができる。
【０１０１】
システムは高エネルギー（例えば、８〜１４ＭｅＶよりも高いことすらある）中性子をも減速するよう設計してあるため、システムは機能喪失することなく広範囲にわたる中性子エネルギー入力に対処することができる。例えば、ＤＴ中性子及び破砕源を使用することができる。種々の中性子密度又は入力率を許容できる。本明細書に記載した１つ又は複数の実施形態が実現する基礎設計原理は、所定の意図した反応物質がいかなる中性子をも捕獲する確率を高めることを企図する。この結果、容器内に送給される中性子密度は、平均中性子効率を大きく変動しないようにすべきである。
【０１０２】
例えば、これら中性子密度を生ずるのに必要なエネルギー及びビーム電流に達することができる市販の加速器は既に存在している。例えば、陽子、重水素、三重水素、ヘリウム、他の例を含む粒子は、中性子生成標的に入射するとき、入射粒子あたり０.１〜５個の中性子を、数十ＭｅＶ〜２、３百ＭｅＶのエネルギーで生成することができる。異なる標的は、核破砕と称されるプロセスで異なる中性子収率をもたらす。
【０１０３】
少なくとも１つの実施例において、高エネルギー（数十ＭｅＶ〜２、３百ＭｅＶ）粒子ビームは中性子に富む標的に入射し、実用的運用に十分な中性子を生成する。入射核粒子あたりほぼ１個の中性子を発生すると仮定すると、１秒あたり約１０１６個の粒子ビーム、又は２、３ミリアンペアのビーム電流を必要とする。ミリアンペア又はより高いビーム電流で２、３十ＭｅＶ〜数百ＭｅＶを生ずるビームは、例えば、陽子治療における産業研究実施で利用可能である。より高い又は低いビームエネルギー及びビーム電流は、コストを削減する、又は時間とともに生成率を変化させて中性子生成標的加熱を変化させることを保証し、この加熱は、例えば、高エネルギー粒子が減速するときの発熱に起因し、この減速において、幾つかの衝突が中性子の代わりに熱を発生する。
【０１０４】
図８において、粒子加速器８００が粒子の高エネルギービーム８０２をシステム７００のアクセスチャンネル７３２（図７参照）内に導き入れる。図８において、単に中心球形標的７０６のみで図７に明示した層状構造を表すようにして示す。図７におけるのと同様に、図８は、任意な数のほぼ球形のシェル層を有する層状構造を示すものである。図８は、意図した反応物質核が任意の層又はすべての層内に存在し、また付加的に構造材料としても作用することができる構成を示す。ビーム８０２の経路内の標的核８０４は、ビーム粒子が衝突するとき中性子８０６を生成する。この模式的表現において、例えば、陽子、重水素、三重水素、ヘリウム又は他の粒子を放出する粒子加速器８００は、入射粒子又は核の高エネルギービームを形成し、この入射粒子又は核はアクセスチャンネル７３２からシステム７００内に進入し、標的８０４に衝突し、中性子８０６を放出させる。図７〜８は、システム７００内の高減速比容積部に特徴がある材料及びジオメトリの多くの構成を示す。図示の構成は、本発明の範囲内で高中性子効率を損なうことなく変化することができる。
【０１０５】
本発明の範囲内の実施形態による中性子生成の多くの形式は、中性子を全体的又は部分的は等方性を有して中性子を放出させる。中性子放出標的を容積部の中心近傍に配置することにより、等方的に放出された中性子を、中性子捕獲を意図する核に富むゾーン内に均一に分布させるのに役立ち、これにより中性子効率を最大化するのを助長する。代案として、中性子放出が非等方的である場合、中性子発生器の場所及び形状を、中性子効率を向上させるよう変化又は最適に選択することができる。
【０１０６】
種々の実施形態において、加熱及び／又は冷却を行って、中性子生成標的を選択した安定温度に維持する。冷却を使用して、中性子エネルギーを減少し、従って、９８Ｍｏ原子核のような意図した反応物質核の微視的中性子捕獲断面積を増大することによって反応物質核の中性子捕獲率を高めるのを容易にする。冷却には、極低温冷却があり得る。加熱は、中性子エネルギーを増大させることにより、非反応物質核の中性子捕獲を減少するのに使用することもできる。冷却剤、及び冷却剤を本明細書に記載のハウジング内に搬送する任意の管材、配管、及びケーシングも小さい微視的中性子捕獲断面積を有するが、機能上の完全性を損なうことなく、室温より冷たい温度又は極低温に対処することができるものとする。管材の材料としては、例えば、炭素、重水素、酸素、ベリリウム、フッ素、及び他の低微視的中性子捕獲断面積材料で構成される任意のポリマー、又は例えばジルコニウムのような金属があり得る。十分な冷却剤を供給して、中性子生成中に生ずる廃熱を除去し、また容積部の任意な層を室温より低い温度、例えば、１００゜Ｋ、３０゜Ｋ、１０゜Ｋ、又はヘリウムの沸点よりも低い温度まで冷却するようにすべきである。幾つかの実施形態において、室温よりも高い温度に上昇させる意図的な加熱使用も採用することができ、これにより、中性子エネルギーを増大させて、微視的中性子捕獲断面積を減少する。
【０１０７】
構築に使用する構造材料は、室温より低い温度及び極低温で動作し、またより低い温度を使用する場合、室温と、室温より低い温度又は極低温との間における温度サイクルに耐えることができるようにすべきである。冷却剤を使用する場合、冷却剤は容積部内に対して１つの場所より多くの場所に進入及び退出できるようにする。例えば、ボアに進入及び／又は退出することに加えて、冷却剤は種々の導管に進入又は退出することができる。市販の入手可能な構造材料、パイプ、電子コンポーネント、熱交換器等の特殊低微視的熱中性子捕獲断面積の変更例を、この装置で使用するために、使用する又は特別に製造することができる。
【０１０８】
図９において、例示的温度制御システム９００を層状シェル容器９０２に使用することを示し、中心球形標的又はキャビティ９０６の周りに同心状に配列した任意の数の球形シェル層９０４を有する層状構造を示す。高エネルギービーム９１０はボア９１２から容器９０２内に進入し、ビーム粒子が標的に衝突するとき、ビーム９１０の経路内の標的核９１４が中性子を生成する。図９は、意図した反応物質核が任意の層又はすべての層内に存在する構成を示し、またしたがって、図５及び７〜８に示す熱的に維持する少なくともシステム実施を模式的に示す。
【０１０９】
温度制御システム９００は、任意な数の一次導管９２０と、層状シェル容器９０２の層状構造内に実装した分岐流体分配ネットワークを構成する送給流路及び帰還流路を画定するサブ導管９２２及び９２４とを備え、シェル層９０４が独立的又はともに温度維持できるようにする。少なくとも１つの実施形態において、標準極低温流体発生器９２６を使用して、より高い微視的中性子捕獲断面積混入物がほとんどない低微視的中性子捕獲断面積の冷却流体を循環させる。他の実施形態において、冷却流体を使用して、２００゜Ｋ〜２５０゜Ｋの温度に反応物質核を維持する。極低温又はそれ以外かに係わらず、冷却は、ボアに進入するビーム９１０に干渉しないように行うべきである。
【０１１０】
とくに、容器９０２内で、導管ライン、管材、エンクロージャ及び分配される冷却剤は、容器内の意図した反応物質以外の材料によって捕獲される中性子を最小限にするよう低微視的中性子捕獲断面積を有するものにすべきである。これら条件に合致する種々の冷却システム及び構成は、室温以下の温度又は極低温の流体を送給、貯蔵、及び生成する種々の方法と同様に、本発明の範囲内にある。
【０１１１】
幾つかの実施形態において、生成された放射性同位体の取出しは、種々の層を自然に室温にまで冷却する若しくは上昇させることによって行う、又は材料が凍結状態で存在する（例えば、固体のＤ２Ｏ、酸素、窒素−１５等内における９８Ｍｏ又は９９Ｍｏ）場合、凍結した材料を取り出すことによって生ずる。取出しは、さらに、液体を蒸発させて、例えば、液体の酸素又はヘリウム内のＭｏからのＭｏのみが残るようにすることも含まれる。
【０１１２】
幾つかの実施形態において、９９Ｍｏのような放射性同位体を抽出及び搬出するため、既存の放射化学分析及び既存又は変更したサプライチェーン手順をその後に行うことができる。９９Ｍｏを９８Ｍｏ前駆体から容易に抽出されない状況、又はこのような抽出が保証されない若しくは必要でない状況において、Ｍｏの質量を、現在市販されているテクネチウム−９９ｍ発生器内で使用して一緒に搬出し、また帰還させて再使用のためにモリブデンを抽出することができる。幾つかの実施形態において、現在市販されている従来型のテクネチウム発生器を使用して得られるレベルよりも低い固有放射能レベルをうまく使用できる改変した又は改良したテクネチウム−９９ｍ発生器を使用することができる。濃縮されたモリブデンを使用することは高中性子効率動作に有用であるため、濃縮した（高価な）９８Ｍｏの損失を最小限にする容器への搬出及び帰還方法を使用することは望ましい。本発明による装置は、９８Ｍｏのような反応物質核材料の取出し又は追加補充が迅速かつ容易となるよう構成する。例えば、反応物質核材料を含む層の取り出し、ポンプ排出し又は戻し補充が容易にできるよう構成する。
【０１１３】
中性子吸収／捕獲のための意図した反応物質核を有する容積部は、照射後に活性化した材料を都合よく取り出せるよう特別に構成するのが好ましい。さらに、濃縮した材料（例えば、８０パーセント以上に濃縮した９８Ｍｏ）を使用することができる。
【０１１４】
数種類の例示的形態を以下に表１〜４でより詳細に説明し、これら表は、図７のシステム７００における中心標的７０６、並びに層７１０（第１層）、層７１２（第２層）、層７１４（第３層）、層７１６（第４層）及び層７１８（第５層）の、密度、材料、温度、寸法を特定する。これら実施形態は、本発明をこれら例に限定することなく、例として提示するものであると理解されたい。想定しうるすべてではないが、実施形態は、球形中心標的及び５つの同心状の層を有する。これら形態は単に例に過ぎない。
【０１１５】
これら例示的実施形態は、中性子輸送計算コードを使用するコンピュータモデリングに由来する。モデリングは、当業者に既知であり、よく使用されているＭＣＮＰ５を用いて実施した。分かり易くするため、モデリングには、図７における境界７２０，７２２，７２４，７２６に対応する半径方向位置に示した構造材料は含めなかった。以下に要約するシステムのコンピュータモデリングにおける一事例において、入力中性子は標的７０６から８ＭｅＶで等方的に放出されると仮定した。他の事例において、システムのコンピュータモデリングは、入力中性子エネルギーの相当大きいスペクトルを使用すると仮定して同様の結果となった。以下の実施形態における種々の材料は、温度に基づいて気相、液相又は固相となり得ることを付記する。それぞれの形態において、動作上必要とされないが、モリブデンは、説明を分かり易くするためそれが指示された層内で均一に分布すると仮定する。
【０１１６】
【表１】
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【０１１７】
【表２】
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【０１１８】
【表３】
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【０１１９】
中性子効率は、実施形態１から実施形態３に移行するにつれて約２％から１５％になると予想され、このことは、装置実現において市場で競争力のある９９Ｍｏ生成率となる収率を示す。
【０１２０】
【表４】
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【０１２１】
実施形態４は約２０％の予想中性子効率を有する。
【０１２２】
本発明の前提から逸脱することなく、追加層を付加する、又は層を除去する、又はこれら原理を変更する、又はジオメトリ若しくは材料を追加、若しくは変化若しくは改変することができる。
【０１２３】
特定の実施形態及び特徴を図面につき説明してきた。これら説明は、いかなる単一の実施形態、特徴の任意な特定セットに限定されることなく、類似の実施形態及び特徴を想起することができ、又はこれら説明の範囲及び特許請求の範囲における精神から逸脱することなく、変更及び付加を行うことができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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