公益社団法人日本アイソトープ協会
理工・ライフサイエンス部会
下限数量以下の非密封RIの安全取扱に関する専門委員会

化学に関する実験例
ジェネレータの作製と娘核種を用いた実験
1）68Ge/68Ga ジェネレータの作製と 68Ga ミルキングの実施[目的]
放射平衡にある親核種と娘核種から、娘核種のみを繰り返し分離する目的で作成されたセットはアイソトープジェネレータ（またはジェネレータ）と呼ばれ、放射性同位元素を用いた診断・治療や化学実験に応用されている。ジェネレータの主要部分は、多くの場合、親核種を固定したまま共存する娘核種だけを取り出すためのクロマトグラフィカラムである。このカラム に親核種を吸着させておき、溶離液を流して娘核種だけを溶出させる。カラムの充填剤としてはイオン交換樹脂、無機酸化物イオン交換体などが多く用いられる。
カラムを小型化することで、法的に放射性同位元素の規制を受けない下限数利用以下の利用も可能になり、また、大型ジェネレータのようにセットの内部に放射線遮へい体を設ける必要もなくなる。
68Ge/68Ga

ジェネレータは PET（ポジトロン断層撮像法)診断において、被験者に投与する放射性薬剤、ならびに計測装置の検査線源として市販されている。これは 0.37～1.11 GBq(10 ～30 mCi) の大線源で大変高価である。市販のジェネレータのカラムの充填物には、
SnO2・nH2O や TiO2・nＨ2O 等の含水無機酸化物が用いられる。実習で用いるジェネレータ 1-5)は含水酸化スズ(IV) をカラムに充填して作製した小型ジェネレータ（放射平衡中の娘核種を含めて 100 kBq 未満）は遮へい体を有しない以外は、原理や構造は既存のものと同じである。
本実習では、小型 68Ge/68Ga ジェネレータを用いて、ミルキングにより溶出される 68Gaの放射能と溶出後にカラム内に生成する 68Ga の放射能の時間増加を実際に測定することで、放射平衡やジェネレータの原理・構造を理解する。自作ジェネレータから自らミルキングして得た短寿命の娘核種（ここでは 68Ga）を用いて行う壊変の測定やトレーサー実験
は、市販の放射性同位元素で行う場合に比べてはるかに印象的で、実習や理科実験の面白さを強く実感させる。実習を通じて、無機酸化物カラムによるイオンの分離関係などに興味を感じたなら、さらに吸着剤（カラム充填剤）を製造して、68Ge/68Ga ジェネレータを作製することを勧める。

1

[原理]
68Ge は半減期が約 9 ケ月で EC 壊変して 68Ga となり、68Ga もまた放射性であり、半減期は 1 時間余りで主として β+壊変して 68Zn となり安定化する（図 1 および表１）。この場合 68Ge を親（または親核種、Parent ）、 68Ga を 娘 （ ま た は 娘 核 種 、Daughter）と呼び、化学的性質の相違を用いて両者を分離することができる。短寿命の娘核種を取り除いた長寿命の親核種からは、時々刻々に娘核種が生成してきて、やがて平衡状態（放射平衡）に達する。放射平衡にある親核種と娘核種から、娘核種のみを繰り返し分離する目的で作成されたセットがアイソトープジェネレータ（またはジェネレータ）である。毎日の乳搾りになぞらえて、ジェネレータの親核種を Cow、娘核種を取り出す操作をミルキングという。原子炉やサイクロトロンなどの放射性同位元素の生産装置がないところでも、ジェネレータからミルキングにより短寿命の娘核種を任意の時に、簡単に、純度よく、安定同位体を含まない状態（Carrier-free、無担体）に得ることができる。本実習では、プラスチック製使い捨て注射器にゲル化した水酸化スズ(IV) をカラムに充填してジェネレータを製作する。実習では、あらかじめ製作した小型 68Ge/68Ga ジェネレータを用いて、ミルキングにより溶出される 68Ga の放射能と溶出後にカラム内に生成する 68Ga の放射能の時間増加（成長）を調べる。実習の前に放射平衡やジェネレータの原理・構造について予習しておく必要がある。
表１68Ge/68Ga の壊変と性質

核種

半減期

壊変形式

主な β 線のエネルギー

主な光子のエネルギーと放出割合と放出割合

68Ge271 日

EC

100％

no γ

68Ga

67.7 分

EC10.9％1.077 MeV 3.0%

β0.822 MeV 1.1%

0.511 MeV, β＋＋1.899 MeV 88.0%
アイソトープ手帳（日本アイソトープ協会）より引用[準備]
使用機器：NaI(Tl)シンチレーション測定装置
使用器具：カラム（1mL のプラスチック製使い捨て注射器）、小型ゴム栓、注射針付き注射器（1mL のプラスチック製使い捨て注射器）、プラスチックチューブ、スタンド
放射性同位元素：68Ge/68Ga 無担体 0.5mol/L 塩酸（5-10 kBq）
充填剤 ：含水酸化スズ(IV)： SnCl4 + 4 NaOH = Sn(OH)4 + 4 NaCl
溶離液：1mol/L 塩酸
下限数量（68Ge）：放射平衡中の娘核種（68Ga）を含め 100 kBq

2

[操作]
[A] 68Ga のミルキングとカラム内で成長する 68Ga の放射能の測定（1）NaI(Tl)ウエル型シンチレーション測定装置の主電源スイッチを入れた後、0.511MeVの消滅放射線を計測するためのエネルギーウインドウと印加電圧を設定する。
（2）自然計数を 10 分間測定する。
（3）0.5M 塩酸中の 68Ge/68Ga 無担体（5-10 kBq）を吸着したカラム（充填剤 0.3 mL）をスタンドに垂直に固定する（図 2）。
（4）使い捨て注射器を使い 0.3 mL の 1 M 塩酸溶液を取る。これをカラムの上部からゆっくり滴下して、68Ga を含む溶離液をカラム直下のプラスチックチューブに回収する。溶離液の入ったプラスチックチューブに栓をして、カラムの放射能測定の合間に放射能を 1 分間計測して、測定開始時刻ともに記録する。通常、カラム充填剤
0.3 mL では、溶離液 0.3 mL 中に 60-70 %（充填剤 0.1 mL では溶離液 0.1 mL 中に 60%）の68Ga の溶離収率が得られる。

（5）速やかにカラムを取り外す。プラスチックチューブに収納した後、NaI(Tl)ウエル型シンチレーション測定装置にセットする。
（6）68Ga の溶出後、0 分、20 分、40 分、60250,000分、90 分、120 分、180 分まで各 1 分200,000

放射能（ｃｐｍ）間放射能を測定し、測定開始時刻とともに記録する。
[データ処理]成長曲線

150,000

100,000（1）得られた測定値は自然計数を補正して、68Ga の放射能（縦軸）と 68Ga 溶出後の経過時間（横軸）関係を方眼用紙上にプロットする（図 3）。

50,000減衰曲線00306090120150180時間（分）図3.

[考察への手引き]

68Gaの減衰曲線と成長曲線（1）[A]（7）で得られた 68Ga の放射能と 68Ga溶出後の経過時間の関係を放射平衡の式から得られた 68Ga の放射能の成長曲線と比較して考察せよ。
（2）68Ge と 68Ga の関係のように放射平衡にある核種の組合せには他にどのようなものがあるか。特に核医学における診断や治療への応用について調べよ。
（3）放射能は壊変に伴って減少する。68Ge の放射能は減少しているにもかかわらず、カラム中の放射能は増加（成長）した。なぜか考察せよ。

3

[B] 68Ga の半減期の測定（1）NaI(Tl)ウエル型シンチレーション測定装置の主電源スイッチを入れた後、0.511MeVの消滅放射線を計測するためのエネルギーウインドウと印加電圧を設定する。
（2）自然計数を 10 分間測定する。
（3）0.5M 塩酸中の 68Ge/68Ga 無担体（5-10 kBq）を吸着したカラム（充填剤 0.3 mL）をスタンドに垂直に固定する（図 2）。
（4）使い捨て注射器を使い 0.3 mL の 1 M 塩酸溶液を取る。これをカラムの上部からゆっくり滴下して、68Ge を含む溶離液をカラム直下のプラスチックチューブに回収する。
（5）溶離液の入ったプラスチックチューブに栓をして、NaI(Tl)ウエル型シンチレーション測定装置にセットする。
（6）68Ga の溶出直後 0 分、20 分、40 分、60 分、90 分、120 分、180 分まで各 1 分間放射能を測定し、測定開始時刻とともに記録する。
[データ処理]（1）得られた測定値は自然計数を補正して、68Ga の放射能（縦軸）と 68Ga 溶出後の経過時間（横軸）関係を、方眼用紙（図 3）と縦軸が対数で横軸がリニアの片対数方眼用紙上にプロットする。
（2）溶離前のカラム中の 68Ga の放射能と溶離液中の 68Ga の放射能から溶離収率を算出する。
[考察への手引き]（1）[データ処理]（1）で得られた放射能と経過時間の関係から、68Ga の半減期を求めよ。
（2）ジェネレータに用いられる充填剤は親核種と娘核種に対してどのような性質を持つことが求められるか。68Ge と 68Ga の充填剤への結合性を例に説明せよ。
[引用文献]（1）野崎正, 佐々木徹, 小川幸次, 68Ge/68Ga ジェネレーターの教育利用, 第 53 回 アイソ
トープ・放射線 研究発表会,東京, 2016 年 7 月 6-8 日（2）野崎正，小川幸次, 68Ge/68Ga Generator の超小型化とカラム内で生じた 68Ga の挙動,
第 51 回アイソトープ・放射線研究発表会, 2014 年 7 月 7-9 日（3）鷲山幸信，天野良平，野崎正，小川幸次，永津弘太郎，阪間稔，井戸達雄, 放射化学教育のための 68Ge/68Ga ジェネレータープロジェクトと RI 実習への応用, 第 70 回日本放射線技術学会総会学術大会, 神奈川県横浜市, 2014 年 4 月 10-13 日（4）Nozaki T., Ogawa K., Use of Small 68Ge/68Ga Generators in Experiments for theEducation of Radioisotope-related Fields as well as of Natural and Social Sciencesin General, The 5th Asia-Pacific Symposium on Radiochemistryʹ13 (APSORC13),
Kanazawa, Japan, 289, 2013.
（5）Sasaki T., Aoki K., Yamashita R., Hori K., Kato T., Saito M., Niisawa K., Nagatsu K.,
Nozaki T., Development of an externally controllable sealed isotope generator.
Appl. Radiat. Isot., 133:51-56, 2018.

42）137Cs/137mBa ジェネレータの作製と 137mBa ミルキングの実施[目的]
放射平衡にある親核種と娘核種から、娘核種のみを繰り返し分離する目的で作成されたセットはアイソトープジェネレータ（またはジェネレータ）と呼ばれ、放射性同位元素を用いた診断・治療や化学実験に応用されている。ジェネレータの主要部分は、多くの場合、親核種を固定したまま共存する娘核種だけを取り出すためのクロマトグラフィカラムである。このカラム に親核種を吸着させておき、溶離液を流して娘核種だけを溶出させる。
カラムの充填剤としてはイオン交換樹脂、無機酸化物イオン交換体などが多く用いられる。
現在、137Cs/137mBa 小型ジェネレータが市販されており、放射線教育用に汎用されている。
しかし、いずれのジェネレータも放射能量が下限数量（1x104Bq）を超えており、放射線取扱施設外では取り扱うことはできない。また、親核種（137Cs）から放出されるベータ線を遮へいする目的と考えられるが、ジェネレータは厚い遮へいが施されていて、カラム内で成長する 137mBa の放射能の測定は困難である。カラムを小型化することで、放射線取扱施設外での取り扱いが可能な、また、ジェネレータに厚い遮へい体を設ける必要もなく、カラム内で成長する 137mBa の放射能の測定も行うことができるジェネレータを開発した。
本実習では、 137Cs/137mBa 小型ジェネレータを用いて、ミルキングにより溶出される137mBa の放射能と溶出後にカラム内に生成する 137mBa の放射能の時間増加を実際に測定することで、放射平衡やジェネレータの原理・構造を理解する。
[原理]
親核種 137Cs（半減期 30.04 年,β-壊変）と娘核種 137mBa（2.552min、IT）の間には放射平衡が成り立つ。137mBa は半減期が 2.552 分でIT 壊変して 137Ba となり安定化する（図 1 および表 1）。この場合 137Cs を親（または親核種、 Parent）、137mBa を娘（または娘核種、Daughter）と呼び、化学的性質の相違を用いて両者を分離することができる。短寿命の娘核種を取り除いた長寿命の親核種からは、時々刻々に娘核種が生成してきて、やがて平衡状態（放射平衡）に達する。放射平衡にある親核種と娘核種から、娘核種のみを繰り返し分離する目的で作成されたセットがアイソトープジェネレータ（またはジェネレータ）である。毎日の乳搾りになぞらえて、ジェネレータの親核種を Cow、娘核種を取り出す操作をミルキングという。原子炉やサイクロトロンなどの放射性同位元素の生産装置がないところでも、ジェネレータからミルキングにより短寿命の娘核種を任意の時に、簡単に、純度よく、安定同位体を含まない状態（Carrier-free、無担体）に得ることができる。本実
習では、プラスチック製使い捨て注射器にイオン交換樹脂を充填してジェネレータカラム（イオン交換カラムクロマトグラフイ）を製作する 1)。実習では、あらかじめ製作した小型

5

137Cs/137mBa

ジェネレータを用いて、ミルキングにより溶出される 137mBa の放射能と溶出後にカラム内に生成する 137mBa の放射能の時間増加（成長）を調べる。実習の前に放射平衡やジェネレータの原理・構造について予習しておく必要がある。
表1

137Cs/137mBa の壊変と性質

核種
137Cs

半減期30.04 年

壊変形式

主な β 線のエネルギー

主な光子のエネルギーとと放出割合

放出割合0.514 MeV 94.4％

β-1.176 MeV 5.6%137mBa2.552 分IT0.662 MeV 90.1%
0.0322 MeV, 5.9% Ba-Kα
0.0364 MeV, 1.4% Ba-Kβ
アイソトープ手帳（日本アイソトープ協会）より引用[準備]
使用機器：NaI(Tl)シンチレーション測定装置
使用器具：カラム（1mL のプラスチック製使い捨て注射器）、小型ゴム栓、注射針付き注射器（1mL のプラスチック製使い捨て注射器）、プラスチックチューブ、スタンド
放射性同位元素：137Cs/137mBa 無担体 0.1mol/L 塩酸（3.4 kBq 程度）
充填剤：ニッケル-フェロシアン化陰イオン交換樹脂（Amberlite IRA-904 CL（東京科研）+ 塩化ニッケル(II)六水和物 + ヘキサシアノ鉄(II)酸カリウム三水和物）2,3）
溶離液：純水下限数量（137Cs）：放射平衡中の娘核種（137mBa）を含め 10 kBq[操作][A] 137mBa のミルキングとカラム内で成長する 137mBa の放射能の測定（1）NaI(Tl)ウエル型シンチレーション測定装置の主電源スイッチを入れた後、0.662MeVの消滅放射線を計測するためのエネルギーウインドウと印加電圧を設定する。
（2）自然計数を 10 分間測定する。
（3）0.1M 塩酸中の 137Cs/137mBa 無担体（3.4 kBq）を吸着したカラム（充填剤 0.2 mL）（図 2）をスタンドに垂直に固定する。
（4）使い捨て注射器を使い 1 mL の純水を取る。これをカラムの上部からゆっくり滴下して、137mBa を含む溶離液をカラム直下のプラスチックチューブに回収する。
（5）速やかにカラムを取り外す。プラスチックチューブに収納した後、NaI(Tl)ウエル型シンチレーション測定装置にセットする。

6

（6）137mBa の溶出後、0 分、1 分、2 分、3 分、4 分、5 分、6 分、7 分、8 分、9 分、10分、11 分、12 分、13 分、14 分、15 分まで各 1 分間放射能を測定し、測定開始時刻とともに記録する。
[データ処理]（1）得られた測定値は自然計数を補正して、137mBa の放射能（縦軸）と 137mBa 溶出後の経過時間（横軸）関係を方眼用紙上にプロットする（図 3）。
[考察への手引き]

60,000（2）[A]（6）
で得られた 137mBa の放射能と 137mBa

50,000

溶出後の経過時間の関係を放射平衡の式から得られた 137mBa の放射能の成長曲線と（2）137Cs と 137mBa の関係のように放射平衡にある核種の組合せには他にどのようなものがあるか。特に核医学における診断や治療への応用について調べよ。

放射能（ｃｐｍ）

比較して考察せよ。

成長曲線

40,00030,00020,000減衰曲線

10,0000（3）放射能は壊変に伴って減少する。カラム中の 137mBa の放射能が増加（成長）する理由

0123456789 10 11 12 13 14 15時間（分）図3.

137mBaの減衰曲線と成長曲線を考察せよ。
[B] 137mBa の半減期の測定（1）NaI(Tl)ウエル型シンチレーション測定装置の主電源スイッチを入れた後、0.511MeVの消滅放射線を計測するためのエネルギーウインドウと印加電圧を設定する。
（2）自然計数を 10 分間測定する。
（3）0.1M 塩酸中の 137Cs/137mBa 無担体（3.4 kBq）を吸着したカラム（充填剤 0.2 mL）（図 2）をスタンドに垂直に固定する。
（4）使い捨て注射器を使い 1 mL の純水を取る。これをカラムの上部からゆっくり滴下して、137mBa を含む溶離液をカラム直下のプラスチックチューブに回収する。
（5）溶離液の入ったプラスチックチューブに栓をして、NaI(Tl)ウエル型シンチレーション測定装置にセットする。
（6）137mBa の溶出直後 0 分、1 分、2 分、3 分、4 分、5 分、6 分、7 分、8 分、9 分、10分、11 分、12 分、13 分、14 分、15 分まで各 1 分間放射能を測定し、測定開始時刻とともに記録する。通常、カラム充填剤 0.2mL では、溶離液 1 mL 中に 70-80 %の137mBa の溶離収率が得られる。

[データ処理]（1）得られた測定値は自然計数を補正して、137mBa の放射能（縦軸）と 137mBa 溶出後の経過時間（横軸）関係を、方眼用紙（図 3）と縦軸が対数で横軸がリニアの片対数方眼用紙上にプロットする。

7

（2）溶離前のカラム中の 137mBa の放射能と溶離液中の 137mBa の放射能から溶離収率を算出する。
[考察への手引き]（1）[データ処理]（1）で得られた放射能と経過時間の関係から、137mBa の半減期を求めよ。
（2）ジェネレータに用いられる充填剤は親核種と娘核種に対してどのような性質を持つことが求められるか。137Cs と 137mBa の充填剤への結合性を例に説明せよ。
[引用文献]（1）Sasaki T., Aoki K., Yamashita R., Hori K., Kato T., Saito M., Niisawa K., Nagatsu K.,
Nozaki T., Development of an externally controllable sealed isotope generator.

Appl. Radiat. Isot., 133:51-56, 2018.
（2）Nagai T., Watari K., An improved 137mBa generator. J. Nucl. Med.,9(12):608-609,
1968.
（3）Watarai K., Imai K., Izawa M., Isolation of 137Cs with copper ferrocyanide-anion
exchange resin. J. Nucl. Sci. Tech., 4(4):190-194,1967.

8（注）・下限数量以下の非密封RIの安全取扱に関するマニュアルとあわせてご活用下さい。
・印刷物等に転載するには、転載許可が必要です。

2019年3月