エネルギー問題に発言する会 講演座談会(2023/09/15)

核工学と核医学の融合～原子炉による医用RIの生成～
RI: Radioisotope（放射性同位体)（RIは和製英語であり、海外では通常用いられない）

東京都市大学
大学院総合理工学研究科 共同原子力専攻
理工学部 原子力安全工学科
高木 直行

20211215_第2回原子力委員会・RI製造部会【参考資料2】医療用 RIの需要と供給について（「モリブデンを取り巻く状況、今後の課題と要望」抜粋版）【第1回専門部会 北岡委員提出資料より】

2

近年の医用RI国内供給量（使用量）•SPECTでの各種検査に使用•核医学診断の約8割を占める•骨転移のある前立腺癌のα線治療に使用•2016年認可以降急増

出典： アイソトープ等流通統計2022

日本アイソトープ協会

3医用 RI 国産化に向けたこれまでの取り組み• 日本学術会議（2008年7月）• 国内の安定供給体制確立について検討を行い、「海外の製造所のトラブルが我が国の医療に大きな影響を及ぼしており、安定供給が望まれる」と提言• 内閣府官民検討会（2011年7月～）• 「我が国のテクネチウム製剤の安定供給」に向けてのアクションプランをまとめ、「国産事業者が主体となり、原子力機構と協力しつつ、今後5年程度でテクネチウム製剤の販売を始める国産事業の開始を目指すべき」と提言• JAEA大洗JMTR（2012年～ 2017年）• 国産化に向けた技術的検討を本格化し、「つくば国際戦略総合特区・財政支援(特区推進費補助金)」の交付等を受けホットラボ内にMo-99/Tc-99m分離・抽出・濃縮試験設備を整備していたが、2017年にJMTR廃炉決定• 日本学術会議（2018年8月）• 「研究と産業に不可欠な中性子の供給と研究用原子炉の在り方」で、国産化が急務のRIとしてMo-99があげられ、「少なくとも国内需要量の一部を国産化で確保することが重要」とのまとめ

4

医学診断用 Mo/Tc

現在のRI調達

20211215_第2回原子力委員会・RI製造部会【参考資料2】医療用 RIの需要と供給について（「モリブデンを取り巻く状況、今後の課題と要望」抜粋版）【第1回専門部会 北岡委員提出資料より】

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20211215_第2回原子力委員会・RI製造部会【参考資料2】医療用 RIの需要と供給について（「モリブデンを取り巻く状況、今後の課題と要望」抜粋版）【第1回専門部会 北岡委員提出資料より】

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原子炉での99Mo/99mTc生成

n,γn,2n• 原子炉でのMo-99生成は、これまでHEUによる核分裂法が主流• 核不拡散の観点で原料ウランがHEUからLEUへ• 生成効率低下、処理工程・廃棄物の問題から (n,γ)法へ移行
10

図5 PWRでのMo/Tc生成法• 原子炉容器を貫通して炉内外を行き来する「炉内計装系」の管を用いて、Mo原料を約7日間照射→取り出し• 全長 3600mm の MoO3 ターゲット4本の照射により、1基のPWRで日本の週間需要量(1000 Ci)の約 6 割を生成

11

がん治療用225Ac

2019年4月11日 仏ジュールホルビッツ炉セミナー＠仏大使館⇒ 予備解析開始
2019年5月23日 JAEA人形峠視察
2019年6月14日 JAEA大洗塩月所長へ「常陽で生成可能」を報告
2020年度 原子力システム研究開発事業スタート

1314

標的α線療法
Targeted Alpha Therapy (TAT)
がん細胞の表面に結合しやすい分子（Ligand）

225Ac(α線を放出する人工の放射性核種)• がん細胞表面から225Acがα線を放出• α線は飛程短く、がん細胞を集中侵撃
全身に転移したがんがん細胞の表面のみに選択的に集積

標的α線療法の特徴：• 体外から中性子や重イオンを照射する外部照射と異なり、注射で内用する内部照射• β線より飛程が短く、エネルギーを癌細胞に集中•

225Acはα線を4回放出、エネルギー付与大⇒ 正常細胞の損傷を最小限に抑えつつ、効果的治療が可能
15

東京都市大学(旧武蔵工業大学)
原子力研究所(1959年～)でのBNCT研究
都市大原子力研究所（王禅寺キャンパス）

1976
1977
1978
1979
1980
1981
1982
1983
1984
1985
1986
1987
1988
1989
TotalPatientstreated2121275571391511910108100kW出力TRIGA炉(TRIGA-II)

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重粒子線治療やBNCTとの違い

放射線利用の現状と課題について (aec.go.jp)

17主なAc-225生成法
原料毎回照射Th-232不要• 新生成法１ 高エネルギー陽子加速器でのTh-232核破砕法

Th-232必要• 新生成法２ 低エネルギー陽子加速器でのRa-226(p,2n)法

Ra-226必要• 新生成法３ 電子線加速器でのRa-226 (γ,n)法

Ra-226必要• 新生成法４ 高速炉でのRa-226(n,2n)法

Ra-226必要• 新生成法５ 軽水炉でのTh-230長期照射法

Th-230不要• 現生成法U-233 stockpile中Th-229の崩壊→ 核兵器開発の産物。日本では不可。

18

世界のAc-225製造の状況
229Th/225Ac

232Th

generator

Nuclearspallation

既存法

226Ra Neutron addition

226Ra Photon

226Ra Nuclear

230Th Neutron

Nuclear
ReactionTransmutation

Addition

226Ra(p,2n)225Ac

230Th(3n,a2b)229Th

233U→232Th(p,x)225Ra

226Ra(3n,2b)229Th

226Ra(n,2n)225Ra

226Ra(g,n)225Ra

229Th→→225Ac→225Ra→225Ac→225Ac→225Ac→225Ra→225Ac

225Ra→225Ac

Machine229Th Solution

NaturalProcess
Institution

ORNL

Lage ScaleAccelerator(>100MeV)

Tri-Lab,
NorthStar

228Ra(n,g)229Ra*→

230Th(n,2n)229Th

229Th→225Ra→225Ac→225Ra→225Ac

Nuclear Reactor

ORNL
Serva

Linear Accelerator

Small Scale Accelerator(<25MeV)ANL
NIOWAVE

JRC,ZAGDKFZTRIUMF

SCK-CEN

東大・日立
東北大

CNEA/IAEA

Nuclear Reactor

JAEA
都市大

TerraPowerJRC

TRIUMF

IPPE

INR

CNL

CERN

OBRINSK*

JAEA
都市大

NPI
KIRAMS
QST・日本メジ
TRIUMF

Topic

現在主流の供給法
63 GBq/y

FDA DMF
へ登録

R2~R4年度の原子力システム事業で採択

原子力委員会によるアクションプラン

370ｋBqのAc225製造に成功したとの報告（2026年度実証）高速実験炉「常陽」による標的α療法向けAc-225の生成（JAEA 前田 茂貴 氏）
日本原子力学会炉物理部会主催、第54回炉物理夏期セミナー
2023年8月28日（月）～8月30日（水）＠Jヴィレッジ

千葉県
袖ヶ浦市
創薬拠点を竣工

R2~R4年度の原子力システム事業で採択

19

JOINT IAEA-JRC WORKSHOP “SUPPLY OF ACTINIUM-225”IAEA, Vienna October 201820

発電炉でのRI製造の特徴• ビーム（中性子）束高(∵ Σfφ∝P )• フルエンス高(∵ 長期サイクル＆稼働率高)• 照射体積大(∵ 炉心体積大)• 除熱能力大(∵ 核燃料冷却)• エネルギー収支優(∵ 自律連鎖発熱反応)
21どうやってAc-225をつくるか？
Ra-226(n,2n)法• Raを高速中性子で照射• 高速炉は原子力先進各国が開発を行ってきたが、現在西側諸国で稼働中なのはJAEAの常陽のみ（他は、露、中、印）(n,2n)

22

1.40E-02

σ2n (barn)

1.20E-02

1.00E-02
8.00E-03
6.00E-03
4.00E-03
2.00E-03
0.00E+00
BWR

PWR

HCLWR(1.4)

HCLWR(0.5)

LMFBR

HCLWR(0.5)

LMFBR

1.200%

σ2n/σγ1.000%

0.800%

0.600%

0.400%

0.200%

0.000%BWR

PWR

HCLWR(1.4)

常陽を用いた225Ac生成
照射方法：• 炉心中心の照射
リグの中心にRa
ターゲットを装荷• 60日間照射24

226Ra(n,2n)225Ra → 225Ac• 1gの226Raを• 60日照射＋3回のAc/Ra分離で• 年間約47 GBqの225Acを生成• これは現世界供給量の約70%に相当

255) Ra-226(3n,2β)法

(n,γ)

(n,γ)

(n,γ)
26

ラジウム（放射性）の調達
調達先

実施状況

保有量

大洗研

30 mCi (1.11 GBq)
・機構内線源の把握
・使用可否を確認中

機構内
その他

220 mCi (8.14 GBq)

国内

機構外

海外

IAEA
Global Radium226 Management
Initiative

・外部機関の調査による国内線源の把握
・譲り受け候補の絞り込み

・参加登録済・電子メールで確認済み
・2023/6/5～9 Technical Meeting(web)177 mCi (6.55 GBq)
候補：57 mCi (2.11 GBq)

全加入国：100 Ci （3.7 TBq）
返答あり：22 Ci（0.81TBq）
最大保有機関：27 Ci（1.0TBｑ）

高速実験炉「常陽」による標的α療法向けAc-225の生成（JAEA 前田 茂貴 氏）
日本原子力学会炉物理部会主催、第54回炉物理夏期セミナー
2023年8月28日（月）～8月30日（水）＠Jヴィレッジ

27希少な原料物質
ラジウム(226Ra)• 1898年にマリ・キュリー夫妻らが発見• 半減期： 1600年• 地球に5トン？と希少• 近年は225Acの原料として注目され入手はより困難に

代替核種： 230Th (75,000年)
常に232Thと共存するため、調達には同位体分離技術が必要

天然ウラン1tonと放射平衡にある娘核種
天然ウラン1tonと放射平衡にある核種の量ウラン系列
核種

量アクチニウム系列
核種

993 [kg] U-235

7.20 [kg]U-234

53.4 [g]Pa-231330 [mg]

Pa-234

2.17×10-10 [g]Th-231

2.93×10-8 [g]Pa-234M 4.81×10-10 [g]Th-227

4.99×10-7 [g]Th-234

1.44×10-5 [g]Ac-227

Th-23016.2 [g]Ra-2233.04×10-7 [g]Ra-226338 [mg] Fr-223

5.61×10-12 [g]0.215 [mg]Rn-222

2.17×10-6 [g]Rn-2191.20×10-12 [g]Po-218

1.20×10-9 [g]Po-215

5.29×10-16 [g]Po-214

1.04×10-15 [g]Po-211

4.21×10-16 [g]Po-2107.42×10-5 [g]Bi-211

3.74×10-11 [g]Bi-214

7.56×10-9 [g]Pb-211

6.31×10-10 [g]Bi-2102.69×10-6 [g]Pb-207582 [kg]Pb-2141.02×10-8 [g]Tl-2078.15×10-11 [g]4.35 [mg]Pb-206894 [kg]

アクチニウム系列

量U-238

Pb-210ウラン系列（ORIGENを用いた計算結果）

29

Ac-225をつくる代替原料： Th-230
Th-230(n,2n)法• 同位体分離した230Thを高速炉常陽で長期照射• 一旦、親核の229Thを生成すれば、後は照射不要、ミルキングのみで半永久的に生成(n,2n)

30

229Th

(Cow)

225Ac

(Milk)

Milking日本の全患者数（年間10万人）分の225Acを生成するには照射原料の原料： トリウム(232Th+ 230Th) 100ton↓
同位体濃縮↓
照射原料： 230Th 100kg↓
原子炉(常陽 or 軽水炉)での長期照射↓229Th 100g
↓
ミルキング
↓
年間10万人分(8TBq)の225Acを半永久的に生成（年間売り上げ ～1000億円）

PWRでのAc-225生成法

4.2m
230ThO pellet
2or226RaO pellet
233

熱中性子炉（軽水炉）での225Ac生成
Cyclicchain

226Ra(n,2n)法

230Th(n,2n)法

226Ra(3n,2β)法

230Th(3n,2βα)法• ターゲット（原料）核種は226Raもしくは230Th（天然ウラン3ton中にそれぞれ1g, 50g）

• 高速中性子スペクトル下では、(n,2n)法← 常陽炉心中心での照射• 減速中性子スペクトル下では(3n,2β), (3n,2αβ)法← PWR, 常陽炉周辺での照射
34

文科省研究と国のアクションプラン

36

R2年度採択課題の目標
対 象 RI炉型

診断向けMo-99/Tc-99m

診療向けAc-225の生成・供給の生成・供給

軽水炉（PWR)
高速炉（Joyo)
生成目標量Mo-98(n,γ)法

Ra-226(3n,2β)法

Th-230(3n,2βα)法

天然Mo (n,γ)法

Ra-226(n,2n)法

約500 Ci/week

約 1 Ci/year（現在の国内需要量の約半分）（現在の世界供給量の約半分）
37

R2年度採択課題の主要成果• 既設原子炉（PWR,常陽）での99Mo, 225Ac生成特性を評価

PWR（加圧水型軽水炉）
99Mo生成225Ac生成高速実験炉「常陽」• 商業炉故の高稼働率により目標量を安定的に生産• 国内需要に匹敵する供給可• 取出操作の時間が長く、不適• 燃料集合体と一体化したRaもしくはTh-230の1回長期照射で半永久的にAc-225を生成• 1gのRa、60日照射で現世界供給量の半分程度を生成38

原子力委員会のRI推進アクションプラン

39

RI製造の国産化に向けた動き
エネルギー資源や食品と同様に、医療分野でも国内自給率を高めRIの安定供給を図り医療体制を充実させることは国民の福祉向上に重要であり、これについては、東日本大震災以前から日本学術会議や内閣府官民検討会等が繰り返し指摘し、国産体制の強化に向けた提言がなされてきた。
特に政府が2021年6月18日に閣議決定した「成長戦略フォローアップ」において、内閣総理大臣（内閣府特命担当大臣[科学技術政策]と文部科学大臣）を担当として「試験研究炉等を使用したRIの製造に取り組む」旨が記載されたことから、経済安全保障の観点からも RIの製造・利用の方向性を確立する必要があるとの認識の下、同年末に原子力委員会「医療用等RI製造・利用研究専門委員会」が設置され、 8回にわたる審議を経て「推進アクションプラン」 (2022年5月31日原子力委員会決定)が公表された。
このアクションプランでは、重要RIの国内製造・安定供給のための取組推進として、「JRR-3・加速器を用いたMo-99/Tc-99mの安定供給(可能な限り 2027年度末に国内需要の約3割を製造し、国内へ供給)」や「Ac-225大量製造のための研究開発強化（常陽において2026年度までに製造実証）」を行うプランが示された。加えて昨年には参議院決算委員会（第204回国会）や参院内閣委員会において、医療用RIの国内製造について戦略的に取り組む必要性や、そのための予算確保について議論が行われ、国産RIを安定供給し国民の福祉向上に向けた動きに前進が見られた。
これらを受け、 JRR-3においては、 2025年度までに98Mo(n,γ)法（中性子放射化法）による 99Moの照射製造技術の確立を目指す取り組みが、また常陽では、新規制基準に対応するための工事とともに、 2026年までのAc-225製造実証を目指して10mgオーダーのRa-226ターゲットやAc-225を回収する化学処理の準備が開始されている。
40

225Ac国産化全体像とアクションプランへの対応
原料の調達
226Ra原料調達〇資源の確保

照射施設

RI調達管理－分担と検討概要ー
製薬

施設の運転

調達管理

医薬品の製造〇安定運転〇安定調達と出荷〇安定製造と出荷

利用者
医療の安定治療アクションプラン：製造実証〇安定輸送
原子炉法による225Ac製造

JAEA保有226Ra「常陽」(FS段階)(JAEA)

国内残存226Ra

225Ac※：後継炉も含む(スケールアップ)

軽水炉

海外調達226Ra(民間企業)

注射液(協会/民間企業)
225Ac(商用段階)

陸上輸送

事業者保有Ra

加速器(研究機関/民間企業)(研究機関/民間企業)

立地箇所により、供給の性状を検討(民間企業/製薬メーカ)

陸上輸送

(病院)

現時点では海外治験のみで国内承認スケ
ジュールは未定：発注/納入現場レベルで対応すべき技術的課題① 226Ra取扱技術の確立（分離抽出・精製・再利用）② 原子炉施設からの迅速払出し③ 原子炉の安定運転④ 創薬研究⑤ 安定な輸送体制の確立
JAEA、RI協会、中間事業体等で方針を決定し、責任分担を明確に対応する。

政策レベルで対応すべき課題
226Raの安定調達

工業規模での226Ra精製、225Ac供給施設の建設
内閣府、文科省、厚労省にインセンティブを要求?
高速実験炉「常陽」による標的α療法向けAc-225の生成（JAEA 前田 茂貴 氏）
日本原子力学会炉物理部会主催、第54回炉物理夏期セミナー
2023年8月28日（月）～8月30日（水）＠Jヴィレッジ

41

拡大が予想されるAc-225市場

人口10万人に対する死亡者数

がん• 日本において、癌は死亡原因の第一位であり、2020年の死亡者数は約38万人に• 心疾患や脳血管疾患に比べ2倍以上多く、国民の3人に1人は癌により亡くなる状況• 最近では、Ac-225を標識する種々リガンド(特定の臓器や生体内組織に集積する性質のある何らかの化合物)が開発• Ac-225医薬品の使用は膠芽腫(脳腫瘍)、ブドウ膜黒色腫（眼球の悪性腫瘍）、大腸がん、神経内分泌腫瘍、その他固形癌へも西暦

図１ 主要死因の年次推移（西暦1947～2020年）• Ac-225治療対象患者数は今後増大する可能性

Ac-225市場規模の予測
一人あたりのAc-225薬価

薬価ベースの年間売上（億円/年）

3000400万円
2500100万kWe
軽水炉の年売電収益

2000300万円

1500

発電原価:15円/kWh200万円
100011円/kWh

100万円

500

00123456789101112

Ac-225を投与する年患者数（万人/年）

図3 予測されるAc-225の市場規模

米は発電用PWRでTritiumを生産中• 核弾頭を設計通りに機能させるにはトリチウムの定期的補充が必要• 米国では、サバンナリバーサイト（SRS）等の専用生産炉で製造していたがDOEは1998年に原子炉閉鎖• トリチウムは半減期12.3年で、年当たり5.5%減少→SRSに代わる生産法が必要

TPBAR(Tritium Producing Burnable Absorber Rod)• 1988-1992年: 重水炉(HWR)、高温ガス炉(HTGR)、軽水炉(LWR)での生産を検討• 1995-1998年: DOEは加速器または商用軽水炉の兼用利用(dual use)を検討• DOEが選定したPNNLにて、TPBARを設計、試作、照射、照射後試験(PIE)を実施• 2000年: その結果を受け、DOEは加速器法でなく軽水炉でのTPBARを選定• 2002年: DOEはWatts Bar原子力発電所の運転認可を変更。NNSA(National Nuclear Security
Administration=国家核安全保障局)のためのトリチウ
ム生産を可能に• このTPBARは単にトリチウムを生産する目的だけでなく、燃焼初期の過剰反応度を抑制する可燃性毒物(WABA, IFBA)の働きも持つ。(反応度価値はWABAよりやや大きい）44

カナダは発電炉でLu-177生産開始• カナダ・ブルース原子力発電所の7号機で、Lu-177の商業生産が開始(フラマトムが昨年10/24にプレスリリース)• ブルース原発の7号機(825MWe出力CANDU炉)に同位体製造装置を設置、Lu-177の商業的供給開始• ターゲットは同位体濃縮したYb-176• 生成されたLu-177は独ITMにて製薬し世界へ配布https://www.framatome.com/medias/new-isotope-production-system-begins-commercial-production-of-cancer-fighting-isotopes/

45

IAEAの“Rays of Hope”Initiative

May 18th 2022

IAEA・グロッシー事務局長、就任後2度目の来日 | 原子力産業新聞 (jaif.or.jp)• IAEAは2022年2月に
この「Rays of Hope」
イニシアティブを立ち上げ• 特に放射線治療施設のない20の加盟国を中心にがんの放射線医療を支援していく方針46

日本が本気になれば！
• 日本の原子力産業は半世紀以上前に始動• これまでに、採掘、精錬、同位体濃縮、燃料加工、原子炉、再処理、廃棄物処分等、多様な技術が培われてきた• 我が国で蓄積されてきた原子力技術を（失われる前に）応用し、α内用療法に用いるα線源をはじめとする医用RI製造に活用
47

電気新聞 2023/9/4

48

まとめa. エネルギー資源や食品と同様に、核医学診断/治療向け放射性同位元素(RI)の国内自給率を高め、安定供給、医療体制充実を図ることは国民の福祉向上に重要
b. 日本は医用RIのほぼ全量を海外に依存しており、これを改める動きが昨年からあるものの、加速器や研究炉の利用に限定
c. 稼働率が高く炉心体積の大きな発電用原子炉は、医用RIの安定供給に適したインフラ。大きな投資無しにRIを大量生産でき国内自給、さらには輸出の可能性もd. 特に、近年注目される標的α治療用Ac-225生成も可能で大きな市場規模も期待される
e. 発電用原子炉を発電だけで無く、医用RI等、有用な物質生成を行うRI製造所として活用することを日本の新たな原子力戦略として推進⇒ 原子力産業の理解と発展を促す推進力にも49

50

開催日時： 2021/5/26（水）13:00-17:00

開会の挨拶 (13:00-13:05)（金沢大学 医薬保健研究域 教授 絹谷清剛氏）
第一部 α内用療法の現状と期待 (13:05-14:00)
・核医学におけるRI内用療法の現状と展望（金沢大学 医薬保健研究域 講師 稲木杏吏氏）
・α内用療法への期待（日本医用アイソトープ株式会社 業務執行理事 諸岡健雄氏）
第二部 加速器によるα核生成技術 (14:05-15:35)
・加速器法１ 各国の状況と陽子加速器によるAc-225生成（量子科学技術研究開発機構 量子医科学研究所 部長 東達也氏）
・加速器法２ 電子線形加速器を利用したAc-225の製造（日立製作所エネルギーイノベーションセンター 田所孝広氏）
・加速器法３ サイクロトロンによるAt-211生成とAc-225輸入計画（大阪大学 核物理研究センター 教授 福田光宏氏）
第三部 原子炉によるα核生成技術と総合討論 (15:45-16:55)
・原子炉法１ 高速実験炉「常陽」によるAc-225生成（日本原子力研究開発機構 高速炉照射課 課長 前田茂貴氏）
・原子炉法２ 発電用軽水炉によるAc-225生成（東京都市大学 原子力安全工学科 教授 高木直行氏）
・総合討論 （発表者、聴講者）

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テレビ東京・BSテレ東 7ch
石川和男の危機のカナリア(2023/6/3) がん治療「原子炉由来」の時代？

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