(57)【要約】【課題】  ガン検診や脳や心臓の新陳代謝を検査するＰＥＴ診断を行う放射性同位元素製造装置に関し、高収率で安定的に供給することが可能で、かつターゲットの寿命も長い放射性同位元素製造装置を提供する技術である。【解決手段】  加速器により加速したイオンビーム(R)が照射されると放射性同位元素を生成する原料水(W)が封入されるターゲット(20)が、真空領域(U)及び原料水(W)の境界を形成するとともにイオンビームが透過する透過フォイル(22)と、透過フォイル(22)と共に原料水(W)が封入されるスペース(S)を形成するボディ基板(24)と、を有し、ボディ基板(24)及び透過フォイル(22)のスペース(S)の側表面が、金、白金、パラジウムの群から選択される少なくとも一つの貴金属材からなることを特徴とする。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオンビームを出射するイオン源と、
前記イオン源から出射された前記イオンビームが加速される真空領域を有する加速器と、
加速した前記イオンビームが照射されると放射性同位元素を生成する原料水が封入されるターゲットと、を備え、
前記ターゲットは、
前記真空領域及び前記原料水の境界を形成するとともに前記イオンビームが透過する透過フォイルと、
前記原料水が封入されるスペースを前記透過フォイルと共に形成するボディ基板と、を有し、
前記ボディ基板は、
金、白金、パラジウムの群から選択される少なくとも一つの貴金属材からなることを特徴とする放射性同位元素製造装置。
【請求項２】
イオンビームを出射するイオン源と、
前記イオン源から出射された前記イオンビームが加速される真空領域を有する加速器と、
加速した前記イオンビームが照射されると放射性同位元素を生成する原料水が封入されるターゲットと、を備え、
前記ターゲットは、
前記真空領域及び前記原料水の境界を形成するとともに前記イオンビームが透過する透過フォイルと、
前記原料水が封入されるスペースを前記透過フォイルと共に形成するボディ基板と、を有し、
前記ボディ基板は、
銀、銅、アルミニウム、チタン、ニオビウムの群から選択される少なくとも一つの高熱伝導材からなる本体部と、
前記本体部のうち、少なくとも前記スペースが形成されている表面が、金、白金、パラジウムの群から選択される少なくとも一つの貴金属材から形成されていることを特徴とする放射性同位元素製造装置。
【請求項３】
前記貴金属材は、前記本体部の表面にメッキ、蒸着、圧着接合のうちいずれかの手法により設けられることを特徴とする請求項２に記載の放射性同位元素製造装置。
【請求項４】
前記透過フォイルの前記スペースを形成する側の面は、金、白金、パラジウムの群から選択される少なくとも一つの貴金属材によりコーティングされていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の放射性同位元素製造装置。
【請求項５】
前記透過フォイルを前記真空領域側から支持するとともに、前記イオンビームが通過する複数の通過口が設けられている支持グリッドと、を有し、
前記支持グリッドの表面は、金によりコーティングされていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の放射性同位元素製造装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の放射性同位元素製造装置で用いられた使用済みの前記ボディ基板を回収し、その表面を電解研磨して再生することを特徴とするターゲットのリサイクル方法。
【請求項７】
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の放射性同位元素製造装置で用いられた使用済みの前記ボディ基板を回収し、これを溶解させる工程を経た後、新たなボディ基板を製造するための原料として用いることを特徴とするターゲットのリサイクル方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガン検診や脳や心臓の新陳代謝を検査するＰＥＴ診断において、患者に注射する放射性薬剤を製造する放射性同位元素製造装置に関し、特に、１８Ｆ放射性同位元素を得るために、原料となる１８Ｏ濃縮水（原料水）を封入するとともにイオンビーム（陽子線）が照射されるターゲットに関する技術である。
【背景技術】
【０００２】
１８Ｆ放射性同位元素（以下、Ｆ−１８という）のポジトロン放射を利用した、患者の断層撮影による診断（以下、ＰＥＴ（Positron Emission Tomography）診断という）を実施することにより、有効なガン診断が可能であることが知られている。このため、ＰＥＴ診断は、米国、欧州に加え日本国内の核医学分野で多数利用され始めている。
患者に注射するＦ−１８を含む放射性薬剤は、水素イオンを加速器で加速してなるイオンビームを、１８Ｏ水（以下、Ｏ−１８水（原料水））が封入されているターゲットに照射して、１８Ｏ（ｐ、ｎ）１８Ｆ反応により製造される。
近年、ＰＥＴ診断のニーズの増加に対応してＰＥＴ診断装置を導入する病院・医療センターが増加するのに伴い、Ｆ−１８を高収率で安定的に供給することが可能な放射性同位元素製造装置が求められている。
【０００３】
ところで、Ｆ−１８の収量を向上させるためには、ターゲットに照射するイオンビームの出力を増加させることが考えられる。しかし、イオンビームの出力を増加させるとＯ−１８水（原料水）の一部が気化して沸騰するのでボイド（気泡）が形成される。このようなボイドが、ターゲットの内部で多数発生したり大きく成長したりすると、このボイドにより押しのけられてビーム照射を受けることができないＯ−１８水（原料水）が増加してＦ−１８の収率が低下する問題が生じる。
【０００４】
この問題は、特に、高価なＯ−１８水（原料水）の使用量低減を目的として、Ｏ−１８水が封入されるスペースを薄厚にして低容量化した薄型ターゲットを用いる場合に顕著にあらわれる。
つまり、ターゲットの内部でＯ−１８水（原料水）が沸騰して蒸気のボイドが発生すると、その直径はターゲット内部のスペースの幅より大きい場合があるので、ターゲットに照射されたイオンビームは、Ｏ−１８水（原料水）が存在しない領域を、何ら反応に関与せずに通過してしまうことがありうる。
特に、エネルギーが高いイオンビームの中心部が照射されるターゲットのスペースの部分領域ではＯ−１８水が排除されてしまい、イオンビームのエネルギーが有効利用されないのみならず、Ｆ−１８の収量低下に大きく寄与してしまうことが問題である。
【０００５】
このようにＦ−１８の収量が低下することを防止するために、従来のターゲットは、熱伝導率の大きな銀、ニオブ材、又はアルミニウムなどを用いて、昇温したＯ−１８水（原料水）の冷却特性を向上させたり、スペースに封入されているＯ−１８水をＡｒやＨｅガスなどで加圧してその沸点を２００℃以上に上げたりして、Ｏ−１８水の沸騰によるボイドの発生を極力低減させることに努めてきた。
【特許文献１】米国特許第５，９１７，８７４号明細書（第２列，５６−５８頁、第３図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、ターゲットに封入したＯ−１８水（原料水）にボイドが発生することを完全に阻止することは不可能である。このため、スペース壁面の銀やニオブ材が、ボイド中の水蒸気にさらされた状態で、イオンビームの照射を長時間にわたり受けると、その壁面が腐食（酸化）するとともに、Ｏ−１８水中に溶出して微粒子となって析出することになる。
このように、ターゲット内部のスペース壁面の水蒸気による酸化反応が進行すると、同時に水の分解（還元）が副反応として進行し、新たな分解ガス（水素ガス）が生成することになる。これにより、ボイドがさらに成長することになり、Ｆ−１８の収率の低減に拍車がかかるとともに、ターゲット圧力が急上昇してイオンビームの照射の継続が困難になるなどの問題が生じた。
【０００７】
さらに、銀やニオブ材で構成された従来のターゲットでは、その表面が腐食して堆積した腐食生成物（微粒子）を除去するために、その表面を研磨剤でこすって平滑にするメンテナンスを頻繁に行う必要があり、ターゲットが磨耗して寿命が短くなる等の問題があった。また、この腐食生成物がＯ−１８水を取り出す配管内に堆積すると配管がつまる問題をおこしていた。
【０００８】
本発明は、係る問題を解決することを課題とし、放射性同位元素の原料水を封入するターゲットを構成する材質に改良を加えることにより、放射性同位元素を高収率で安定的に供給することが可能で、かつターゲットの寿命も長い放射性同位元素製造装置を提供することを目的にする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記した課題を解決するために本発明は、放射性同位元素製造装置において、イオンビームを出射するイオン源と、前記イオン源から出射された前記イオンビームが加速される真空領域を有する加速器と、加速した前記イオンビームが照射されると放射性同位元素を生成する原料水が封入されるターゲットと、を備え、前記ターゲットは、前記真空領域及び前記原料水の境界を形成するとともに前記イオンビームが透過する透過フォイルと、前記原料水が封入されるスペースを前記透過フォイルと共に形成するボディ基板と、を有し、前記ボディ基板は、金、白金、パラジウムの群から選択される少なくとも一つの貴金属材からなることを特徴とする。
【００１０】
本発明がこのような構成を有することにより、ターゲットに封入される原料水に接する壁面は、水蒸気に対する耐食性の高い貴金属材から構成されることになる。これにより、原料水の中でボイドが大きく成長することがないので、原料水は全体にわたりイオンビームの照射を受けることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ＰＥＴ診断に用いる放射性薬剤を製造するに際し、ターゲットに封入された原料水（Ｏ−１８水）にイオンビームを照射しても、放射性同位元素を高収率で安定的に供給することが可能で、かつターゲットの寿命も長い放射性同位元素製造装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の実施形態に係る放射性同位元素製造装置について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
図１に示すように、本実施形態の放射性同位元素製造装置１０は、イオン源１１、高周波四重極型線形加速器（Radio Frequency Quadrupole、以下、ＲＦＱと称す）１２ａ、ドリフトチューブ型線形加速器（Drift Tube Linac、以下、ＤＴＬと称す）１２ｂおよびターゲット２０を有する。なお、このＲＦＱ１２ａとＤＴＬ１２ｂとの組み合わせにより本発明における加速器１２が形成されている。
【００１３】
イオン源１１は、イオンとなる源物質（ここでは水素ガス）をイオン化して陽イオンのイオンビームＲとして引き出す役割をなし、その周囲には、質量により所望のイオンのみを選択的に取り出す図示しないマグネットやイオンビームＲを整形する図示しない静電レンズ、さらにはイオンビーム発生部等が設けられている。
なお、イオン源１１には、熱陰極方式のデュオプラズマトロン型イオン源またはＰＩＧ型イオン源を使用することができる。また、長寿命で大電流を発生することのできるマイクロ波放電型イオン源を使用することもできる。
【００１４】
ＲＦＱ１２ａは、このイオン源１１の後段に設けられ、イオン源１１から出射されたイオンビームＲを所定のエネルギーまで加速させるものである。ＲＦＱ１２ａの内部には、波形状の四重極電極を有する真空チャンバが備えられている。この四重極電極によりイオンビームＲの進行方向と直角な方向に四重極電界が形成され、イオンビームＲが集束されながら加速される。
なお、ここで使用されるＲＦＱ１２ａに替えて、六極以上の偶数の磁極を持つ多重電極型の高周波加速器を用いてもよく、これら以外の高周波加速器を用いることもできる。
【００１５】
ＤＴＬ１２ｂは、ＲＦＱ１２ａで加速されたイオンビームＲを入射して、さらに加速するものである。ＤＴＬ１２ｂの内部の中心には、複数個のドリフトチューブ１４が軸方向に並んで配置されている。このドリフトチューブ１４の内部には、図示しない四極電磁石が組み込まれていて、イオンビームＲは、このドリフトチューブ１４内を通過する際に、収束を受ける。そして、このドリフトチューブ１４，１４の間で、イオンビームＲの加速が行われる。
このようなＲＦＱ１２ａおよびＤＴＬ１２ｂは、組み合わされて、最終的に７ＭｅＶ程度の高エネルギーのイオンビームＲを生成する線形加速器（加速器）１２として機能する。なお、本実施形態で用いられる加速器は、このような線形加速器に限定されるものではなく、サイクロトロンが用いられる場合もある。
【００１６】
ターゲット遮へい体１３は、その中心部にターゲット２０を格納し、このターゲット２０にイオンビームＲが入射すると同時に発生する人体に有害な放射線を外部に漏らさない役目を果たすものである。
【００１７】
ターゲット２０は、図２（ａ）に示すように、支持グリッド２１と、透過フォイル２２と、ボディ基板２４と、筒状体２８とから構成されるものである。
【００１８】
ボディ基板２４には、原料水Ｗが封入されるスペースＳが設けられている。このボディ基板２４に設けられている送液流路２６ａは、原料水ＷがスペースＳに注入されたり、この原料水Ｗが放射性元素に変換された後に回収されたりするときに流動する流路である。また、ガス導入路２６ｂは、スペースＳに封入されている原料水Ｗを加圧するためのアルゴンガスが導入される導入路である。さらにボディ基板２４には、イオンビームＲが照射されて、上昇した温度を下げるための冷媒Ｅが循環する冷却路２５ａが形成されている。
【００１９】
スペースＳは、イオンビームＲの入射面の直径が２０〜３０ｍｍ程度、同入射方向の深さが０．３〜０．４ｍｍである薄肉構造を有するものである。このような構造は、低エネルギーで、イオンビームＲの飛程が短く、ビーム径・形状を調整することが可能な（いずれもサイクロトロンと比較した場合）、前記したような線形加速器１２にとっては適した構造といえる。その理由については、後記する実施例の部分で検証されている。
【００２０】
さらに、スペースＳに、封入される１回の原料水Ｗの量は０．５ｃｃ以下であり、高価な原料水Ｗの使用量をおさえつつ所定の収量のＦ−１８を製造することが可能になる。これは、サイクロトロン方式で通常用いられる厚型ターゲットと比較して、同量のＦ−１８を得るに当たり使用する原料水を１／４程度まで低減することができる。
【００２１】
また、スペースＳに封入されている原料水Ｗは、温度上昇して沸騰による気泡が発生しないように、ガス導入路２６ｂから導入されるアルゴンガス（Ａｒ）で加圧されるとともに、冷却路２５ａ，２５ｂを循環する冷媒Ｅにより冷却される。そして、変換された放射性同位元素を含む水は、ガス導入路２６ｂから導入されるアルゴンガスの加圧下でバルブ２８ｂを解放することにより、送液流路２６ａを通じて、合成装置２９に回収されることになる。
【００２２】
また、イオンビームＲが照射されて原料水Ｗの温度が上昇するのを抑制するためには、原料水Ｗの熱がターゲット２０の外部に逃げやすいようにターゲット２０が熱伝導性の良い材料で構成されることが望ましい。さらに、原料水Ｗが接するスペースＳの外壁は、化学的に安定で耐食性の高い材料で構成されることが望ましい。
【００２３】
そこで、ボディ基板２４は、金、白金、パラジウムの群から選択される少なくとも一つの貴金属材から構成されていることにする。これにより、イオンビームＲが照射されて原料水Ｗが温度上昇により沸騰して気泡（水蒸気）を発生しても、この水蒸気によりスペースＳの壁面が腐食されることがない。また、生成した放射性同位元素と化合物を形成することもない。
【００２４】
透過フォイル２２は、スペースＳの真空領域Ｕ側の側面を密閉状に仕切る境界を形成するものであって、照射されるイオンビームＲが透過するものである。この透過フォイル２２は、チタン製又はＨａｖａｒ製の薄膜で構成されている。また、この透過フォイル２２のスペースＳを形成する壁面は、金、白金、パラジウムの群から選択される少なくとも一つの貴金属材によりコーティングされている。これにより、透過フォイル２２の表面も、原料水Ｗに発生した気泡（水蒸気）や、生成した放射性同位元素（Ｆ−１８）と反応することがない。
【００２５】
支持グリッド２１は、図２（ｂ）に示すように、照射するイオンビームＲを通過させるため、その裏表を貫通する複数の通過口２７，２７…が設けられている。支持グリッド２１は、透過フォイル２２に対して真空領域Ｕ側に接して設けられ、スペースＳに封入された原料水Ｗの圧力により透過フォイル２２が降伏しないように押さえつけて支持するものである。さらに、支持グリッド２１は、イオンビームＲの照射により昇温した原料水Ｗの熱を外部に逃がす熱伝導体としての役目も果たす。
【００２６】
このため、支持グリッド２１は、熱伝導性、及び高温における機械的特性がバランスよく優れた材質で構成されることが望まれ、例えばＤＳ Ｃｏｐｐｅｒ（アルミナ分散強化銅）又はクロム銅が用いられている。さらに支持グリッド２１の表面は、金によりコーティングされており、これにより、透過フォイル２２との熱接触性を向上させたり、支持グリッド２１の放射化を抑制したりすることが可能になる。
筒状体２８は、冷媒Ｅが通流する冷却路２５ｂが設けられており、その端部がボディ基板２４に接し、支持グリッド２１を介して伝達される原料水Ｗの熱を吸収するものである。
【００２７】
原料水Ｗは、Ｏ−１８水が濃縮して含まれる水溶液であり、送液流路２６ａからターゲット２０のスペースＳに封入される。そして、ターゲット２０がイオンビームＲの照射を受けると、このイオンビームＲは、支持グリッド２１の通過口２７，２７…、透過フォイル２２を透過して、この原料水Ｗに衝突し、Ｏ−１８水が核反応して、放射性同位元素であるＦ−１８が放射性同位元素として生成することになる。
【００２８】
次に、図１，図２を参照して、以上のように構成された放射性同位元素製造装置１０の動作を説明する。
まず、放射性同位元素製造装置１０を作動させるにあたって、事前に、ターゲット２０をターゲット遮へい体１３内に収容しておく。
図示しない作動スイッチを操作すると、ＲＦＱ１２ａ、ＤＴＬ１２ｂに対して、所定の高周波電力がそれぞれ供給され、ＲＦＱ１２ａ、ＤＴＬ１２ｂのそれぞれに電界が形成される。その後、イオン源１１に所定の電力を供給する。これにより、イオン源１１のイオンビーム発生部（図示せず）から出射されたイオンビームＲがＲＦＱ１２ａによって所定のエネルギーまで加速される。加速されたイオンビームＲは、ＲＦＱ１２ａから出射されて後段のＤＴＬ１２ｂに入射され、ＤＴＬ１２ｂでさらに加速される。
このようにして加速されて高エネルギーとなったイオンビームＲは、ターゲット２０内の原料水（Ｏ−１８水）Ｗに照射される。そして、イオンビームＲがＯ−１８水に照射すると、核反応によりＦ−１８が生成される。
【００２９】
このようにして、Ｆ−１８が生成される過程において、ターゲット２０の内部で原料水Ｗの温度は上昇するが、冷媒Ｅにより冷却されているボディ基板２４や支持グリッド２１を経由して熱が外部に逃げるので、到達温度が低く抑えられる。さらに、スペースＳ内は、図示しない配管から供給されるアルゴンガスにより圧力が高く設定されているために、原料水Ｗの温度が２００度を超えた程度では、気泡が発生することがない。
【００３０】
そして、原料水Ｗの到達温度が、スペースＳ内の圧力における飽和蒸気温度を超えたところで、水蒸気の気泡が発生する。この水蒸気の気泡はスペースＳの壁面に付着するが、この壁面は、貴金属材（金、白金、パラジウムのうちの一種以上）で構成されているので、水蒸気がこの壁面と反応することがない。すなわち、従来品のように、スペースＳの壁面が銀材からなる場合と異なり、壁面が酸化されて微粒子状に剥がれたり、水蒸気が還元されて分解ガス（水素ガス）を生成して気泡がさらに成長したりするようなことがない。
【００３１】
このように、スペースＳの内部で、水蒸気の気泡が発生したとしても、その気泡がさらに大きく成長しないので、封入された原料水Ｗは、ほとんど除外されることなくイオンビームＲの照射を受けるので、生成するＦ−１８の収率が低下することがない。
【００３２】
このようにして、所望する収量のＦ−１８が得られたところで、送液流路２６ａからＦ−１８を含む濃縮水がバルブ２８ｂを通り放射性薬剤の合成装置２９に送られ、Ｆ−１８を含む濃縮水からＦ−１８が抽出される。なお、Ｆ−１８へ核反応しなかった残りのＯ−１８水は、非常に高価であるため、サイクロン等で用いられる厚型ターゲットを使用している場合は、通常、蒸留または精製の工程を経たのち、回収してターゲット２０内で再利用される。しかし、本実施形態で用いられている薄型ターゲットではＦ−１８への変換率が高いので、Ｆ−１８へ核反応しなかった残りのＯ−１８水を再利用しなくても経済性を大きく損なうことはない。
【００３３】
前記した実施形態においては、スペースＳが形成されるボディ基板２４の全体を貴金属材料で構成した例を示したが、他の実施形態として、ボディ基板２４の本体部を高熱伝材で形成し、原料水Ｗが接するスペースＳの表面を少なくとも貴金属で構成する場合もある。
具体的には、ボディ基板２４の本体部を銀、銅、アルミニウム、チタン等の低コストな高熱伝導材で構成し、その表面を貴金属物質（金、パラジウム、白金）でメッキや蒸着によるコーティングをしたり、圧着接合により複合化させたりすることが考えられる。
【００３４】
まず、銀材等で構成されたボディ基板２４の本体表面へのメッキを施工する場合について検討する。この場合、メッキ厚は、ターゲット２０の長寿命化及び放射化低減の観点から１０〜１００μｍの範囲内であることが望ましい。この範囲よりメッキが薄いと、コーティングの効果が充分に発揮されず、ボディ基板２４の本体表面の銀材の腐食が進行する場合がある。一方、この範囲よりメッキが厚くなると、表面が曇ってざらついた面になり、Ｆ−１８がトラップされてしまう傾向が顕著になる。
【００３５】
このような、メッキ表面のざらつきを回避するためには、メッキ施工に用いるメッキ液は、含まれる金メッキ粒子が極力小さなものを選定するとともに、メッキ物（ボディ基板２４の本体）に対し等方的にメッキ液が当たるようにノズル噴射型のメッキ装置を使用することが望ましい。また、メッキ膜を肉厚にすると膜中にメッキ液が閉じこめられる可能性があるため、劇毒物が含まれないメッキ液を選定する必要がある。
【００３６】
また、銀材等で構成されたボディ基板２４の本体表面への金蒸着を施工する場合は、スペースＳから通じる送液流路２６ａ及びガス導入路２６ｂの孔の内壁まで金を蒸着させることができないので、必要に応じてメッキ加工と併用する必要がある。
【００３７】
次に、銀材等で構成されたボディ基板２４のスペースＳの表面を圧着接合による複合化により形成する場合について検討する。この圧着接合による複合化方法の一例として、高温等方加圧（ＨＩＰ：Hot Isostatic Press)圧着法が挙げられる。具体的な複合化によるターゲット２０の製作方法としては、ボディ基板２４及び圧着する金部材を８００℃以上に加熱し、約２千気圧で圧着する条件がとられ、これにより十分な接合面が形成されることが確認されている。
【００３８】
以上述べたように、本実施形態に用いられるターゲット２０において、原料水Ｗが接触する壁面が貴金属物質（金、パラジウム、白金）で形成されることにより、その表面が腐食されることがなくなる。このため、金で構成されたターゲットの表面は長時間の使用でも殆ど劣化せず、腐食生成物も付着しないため、有機溶剤、お湯、水等で超音波洗浄するだけでクリーニングが簡略化される。よって、ターゲット２０は、そのメンテナンスの頻度や所要時間が短縮されるとともに、長寿命化がはかれることになる。なお、万が一、ターゲット２０の表面に傷が入ったり、堅く付着した不純物が生じたりした場合には、その表面を荒らさずに除去するために、電解研磨により再生することが好ましい。
【００３９】
本実施形態に係る放射性同位元素製造装置は、以上述べたように、ボディ基板２４により形成されるスペースＳの壁面部分が、水蒸気に対する耐食性に優れる貴金属（金、パラジウム、白金）により構成されることになる。これにより、ターゲット２０に封入された原料水（Ｏ−１８水）にボイドが発生して、スペースＳの壁面が水蒸気にさらされても、この壁面が腐食したり、新たな分解ガスが発生してボイドが成長したりすることがなくなる。
さらに、スペースＳの壁面部分が、貴金属（金、パラジウム、白金）により構成されることにより、耐食性以外にも、（１）生成したＦ−１８のフッ素と化学反応しない、（２）熱伝導性が良いために原料水Ｗ（Ｏ−１８水）の温度上昇が抑制される、（３）イオンビームの照射による放射化が少ない、（４）装置を通過するような金属不純物を生成しない、といった優れた特徴もターゲット２０は、あわせもつこととなる。
【００４０】
金、パラジウム、白金等のような貴金属でターゲット２０を構成する際、高コスト化に対する課題の解決が避けられない。前記したように、ターゲット２０は、使用により劣化が進行する消耗品であるといえるので、使用が所定期間経過したボディ基板２４に関しては、溶融して新たなボディ基板２４を製造するリサイクルを行うことが望ましいといえる。
【００４１】
ところで、ターゲット２０にイオンビームＲが照射され続けて、含有される金の一部が核変換されて生成する水銀の放射性同位体は、６４．１時間毎に半減するので約１年間放置することにより、そのほとんどすべてが金に戻り安定化する。そうすれば、一般に作業が行われている場所で、金を含有するターゲット２０をリサイクルする為の、溶融、不純物除去、鋳込み、鍛造、圧延等の加工を安全実施することが可能となる。
特に、ボディ基板２４の構成材が、金又は白金である場合は、それらの構成材は放射線強度の減衰時間が短いことを利用して回収・溶解が容易である。
このようにして、リサイクルにかかるコストは、補充する金を含めても、１個の銀ターゲット材料を購入する金額で、１０個の使用済みターゲット２０を再生することが可能であると概算される。なお、同様のリサイクルは、白金でも可能であるが、パラジウムの場合、長半減期の核種が生成するためリサイクルは難しい。
【実施例】
【００４２】
次に、図２と適宜他の図面を参照して、本実施形態品の効果を検証するとともに、従来品と対比してその効果を確認した。
ここで、本実施形態品とはボディ基板２４を金（９９．９９％）で構成したもの、従来品とは銀−ニオブ合金で構成したものをさす。
図３に示されるように、原料水ＷにイオンビームＲが照射されることによりＯ−１８水からＦ−１８に核変換される反応確率は、このイオンビームＲのエネルギーが５−６ＭｅＶで最大となり、３ＭｅＶ以下の低エネルギーでは小さくなることがわかる。
【００４３】
一方、図４に示すように、ターゲット２０にイオンビームＲが照射されると、Ｏ−１８水を通過する過程で、ビームエネルギーは減衰することになる。ここで、ターゲット２０に入射時のエネルギーが６．５ＭｅＶとした場合、約０．４３ｍｍの厚さの水を通過したところでイオンビームのエネルギーは３ＭｅＶになり、図３で示した結果と照らして、約０．４３ｍｍ以上の領域では、Ｆ−１８を生成することができないことがわかる。
【００４４】
さらに図４（ａ）において、深さ方向０．４３ｍｍ以上の領域では、３ＭｅＶ以下の低エネルギーのイオンビームＲは、原料水Ｗ（Ｏ−１８水）を加熱させるだけとなり、ボイド発生の要因となる。さらに図４（ｂ）で示される０．５５ｍｍ近傍のブラックピークが存在する領域では、原料水Ｗ（Ｏ−１８水）を加熱するのに消費されるエネルギーの量が最大となるのでボイドの発生も最大となる。
この検証結果に基づいて、ターゲット２０は、図２に示すように、原料水Ｗが封入されるスペースＳが薄肉な構造・寸法をとるわけである。
【００４５】
また、イオンビームＲの照射を開始してからターゲット２０の内部で生成するＦ−１８の生成量の経時的変化は、図５に示される評価グラフで表される。この評価グラフによれば、加速器出力ビーム電流が４０，６０，８０，１００μＡのように大きくなるほど、Ｆ−１８の生成量が増加するといえる。なお、この評価グラフは、加速器１２から出力されたイオンビームＲが、透過フォイル２２及びこれを支持する支持グリッド２１を通過する透過率を６２％として作成されている。この図５の評価グラフより、１００μＡの加速器出力ビーム電流が１時間照射されることでターゲット２０の内部には１Ｃｉ（３７ＧＢｑ）のＦ−１８が生成されることが読み取れる。
【００４６】
通常、ＰＥＴ診断の現場では、一回の検査にかかる時間と、患者に投入されるＦ−１８の量との関係から、放射性同位元素製造装置１０に求められるＦ−１８の製造能力は、１時間当たり１Ｃｉ程度（１Ｃｉ／ｈ）であるといわれている。このようなＦ−１８の製造能力が確保されるためには、図５の評価グラフの結果より、加速器出力ビーム電流が１００μＡで付与されていることが必要条件となるが、前提条件として（１）所定のエネルギーのイオンビームがＯ−１８水へ有効に照射されていること（２）Ｏ−１８水の厚さがＯ−１８水中のイオンビームの飛程程度確保されていること（３）ビーム照射される領域のＯ−１８水の密度が維持されていること（４）製造されたＦ−１８水がターゲット内から効率良く取り出せることが要件である。
【００４７】
すでに前記したように、イオンビームを照射することで、ターゲット２０に封入された原料水Ｗの内部にボイドが発生・成長してしまうことは、これら（１）〜（４）に記載した要件の阻害要因になり得る。このため、ボイドの発生・成長を抑えて、スペースＳ内における原料水Ｗ（Ｏ−１８）の密度を確保できるようなターゲット２０の材質が選定されることが必要となるわけである。
【００４８】
図６は、従来品のターゲットと本実施形態品のターゲットにより、製造されたＦ−１８の飽和収率を対比させたものである。ここで、Ｆ−１８の飽和収率とは、Ｆ−１８のβ崩壊時間（１１０分）に比べ十分長い時間ビーム照射を続けるとＯ−１８水中に存在するＦ−１８の生成量と崩壊量がバランスして殆ど一定となった際のＦ−１８の量を、入射する陽子ビーム電流で規格化したものである。
【００４９】
これによれば、本実施形態では、加速器出力ビーム電流を上昇させても、飽和収率が一定値で維持されるのに対し、従来品１では、飽和収率は加速器出力ビーム電流の上昇とともに低下する傾向が得られた。そして、従来品２の構成のようにさらに支持グリッド２１の材質を熱伝達の悪いＳＵＳ材を用いたものとした場合は、原料水Ｗにボイドがより多く発生するので飽和収率はさらに低下する結果が得られている。
この結果より、加速器出力ビーム電流を、Ｆ−１８の製造能力の目標値である１Ｃｉ／ｈを達成するために必要な１００μＡにした場合、本実施形態品ではＦ−１８の収量が理論値通りに得られているのに対し、従来例では理論値通りに得られていないことがわかる。
【００５０】
図７は、従来品のターゲットと本実施形態品のターゲットを用いた場合において、ビーム電流を変化させた場合のターゲット内部の圧力変化を検出した結果である。この結果、本実施形態品では、ビーム電流に対し、直線的に圧力が変化するのに対し、従来例では６０μＡを境に圧力が急上昇することがわかる。
この本実施形態品における直線的な圧力変化は、原料水Ｗの温度上昇に伴う水蒸気のボイド発生によるものと考えられ、従来品における圧力の急上昇カーブは、水蒸気とこれに接するターゲット２０の壁面との反応による反応ガス（水素ガス）が生成してボイドがさらに成長したことに関連するものと考えられる。
【００５１】
なお、従来品と本実施形態品のターゲットを同じ条件で、所定期間、使用し続けたところ、従来品のターゲットではその表面に微粒子の付着が確認されたが、本実施形態品ではそのような微粒子は確認されなかった。従来品のターゲットに付着したこの微粒子の成分分析を行ったところ、図８に示すように、ターゲットと同じ成分からなることが判明し、ターゲットの壁面から剥がれたものであることが判った。これより、従来のターゲットでは、イオンビームの照射の下、原料水Ｗと壁面が反応して壁面を腐食するが、本実施形態ではそのような現象が発生しないことが実証された。
【００５２】
図９に示すように、以上の検証をふまえて、ターゲット２０のボディ基板２４を構成する材質として、水蒸気に対する耐食性、熱伝導性、Ｆ（フッ素）との化合物形成の観点から比較検討した結果、金が最も優れ、続いてパラジウム、白金とする結果が得られた。なお、これら３つの材料の内で最も熱伝導性の悪い白金においてさえ、現在汎用されているニオブ材と同程度の冷却性が確保できると考えられている。
ここで、◎は極めて優れた性質を示し、○は使用可能であることを示し、△は性能に不満があることを示し、×は使用不可能であることを示し、？は実験を行っていないことを示している。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の実施形態に係る放射性同位元素製造装置の断面図である。
【図２】（ａ）本発明で用いられるターゲットの側面断面図で、（ｂ）はターゲットの正面を示す正面図である。
【図３】ビームエネルギーの強度に対するＦ−１８の生成核反応断面積を表すグラフである。
【図４】（ａ）イオンビームがＯ−１８水を通過する際、透過する距離に対し減衰するエネルギーの強度を表すグラフである。（ｂ）同、エネルギーの単位距離あたりの減衰量を表すグラフである。
【図５】１００，８０，６０，４０μＡの異なる値を示す加速器出力ビーム電流が照射される時間に対し、Ｆ−１８の生成量を表すグラフである。
【図６】本発明のターゲット、従来のターゲットを使用した場合を対比して、加速器出力ビーム電流に対する飽和収率の変化を示すグラフである。
【図７】本発明のターゲット、従来のターゲットを使用した場合を対比して、加速器出力ビーム電流に対するターゲット内部の圧力変化を示すグラフである。
【図８】従来のターゲットを使用した際に、その表面に付着する微粒子の成分分析結果を示すデータである。
【図９】本発明の放射性同位元素製造装置のターゲットを構成するのに最適な材質について検討した結果を示す表である。
【符号の説明】
【００５４】
１０    放射性同位元素製造装置
１１    イオン源
１２    加速器
２０    ターゲット
２１    支持グリッド
２２    透過フォイル
２４    ボディ基板
２７    通過口
Ｒ      イオンビーム
Ｓ      スペース
Ｕ      真空領域
Ｗ      原料水
【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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