Proceedings of the 20th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan
August 29 - September 1, 2023, Funabashi

PASJ2023 TFSP15

QST 量医研サイクロトロン(NIRS-930, HM-18)の現状報告
STATUS REPORT OF NIRS-930 AND HM-18 CYCLOTRON AT QST-iQMS
北條 悟#, A), 涌井 崇志 A), 杉浦 彰則 A), 村松 正幸 A), 岡田 高典 B)，神谷 隆 B), 白井 敏之 A)
Satoru Hojo#, A), Takashi WakuiA), Akinori Sugiura A), Masayuki MuramatsuA),
Takanori OkadaB), Takashi KamiyaB), Toshiyuki Shirai A)
A)
Institute for Quantum Medical Sciences, QSTB)
Accelerator Engineering CorporationAbstract

The cyclotron facility of Institute for Quantum Medical Sciences (i-QMS), at National Institutes for Quantum Scienceand Technology (QST) includes the NIRS-930 cyclotron (Thomson-CSF AVF-930, Kb=110 MeV and Kf=90 MeV) andHM-18 cyclotron (Sumitomo- Heavy- Industry HM-18, K=20 MeV). The NIRS-930 has been used for production ofradionuclide. Other purposes of NIRS-930 are research of physics, developments of particle detectors in space, researchof biology, and so on. The HM-18 is a fixed-energy-negative-ion accelerator, has been providing 18 MeV protons and9 MeV deuterons to produce short-lived radiopharmaceuticals for Positron Emission Tomography (PET). A fire brokeout in the power supply of the cyclotron facility in November 2021. There were no casualties, but both the NIRS-930 andthe HM-18 were stopped because power supplies have been damaged by the soot and water used to extinguish the fire.
The HM-18 was back in operation for RI production in September 2022. The total operation time of the HM-18 at FY2022
was 708 hours.

1.

はじめに量子科学技術研究開発機構(QST)量子医科学研究所(量医研)のサイクロトロン施設には、1974 年に運転開始した NIRS-930 (K=110)[1]と、1994 年に運転を開始した HM-18(K=20)の 2 台のサイクロトロンがある。HM-18は、放射性核種（RI）生産専用で、陽子 18 MeV と重陽子 9 MeV が加速可能である。レイアウトを Fig. １に示す。
2021 年 11 月に発生した火災[2]により 2 台のサイクロトロンは停止を余儀なくされたが、RI 生産の早期再開を目指し HM-18 の復旧作業を進めた。火災の影響は大きく、HM-18 の復旧作業は電源、制御、真空、冷却水と多岐にわたり行われた。その結果、2022 年 9 月に HM-18は、供給運転を再開することができた。運転を再開した
HM-18 の 2022 年度の総運転時間は 718 時間であった。
現在も、NIRS-930 の復旧に向けて徐々に準備を進め
Figure 1: Facility layout of NIRS-930 and HM-18.ている。本報告では、火災の影響と HM-18 の運転再開に向けた復旧作業の報告等、量医研のサイクロトロン施 た。これは HM-18 でも確認された、真空中の駆動系に用いられている溶接ベローズの腐食による真空リークが設の現状について述べる。
多発している可能性がある。このように、真空リークへの対応や、制御系の改修を含め運転再開を目指して復旧
2. NIRS-930 についてに向けた検討を行っている。
2.1 運転停止
火災により主要電源を焼損した NIRS-930 は運転停止 3.
HM-18 の状況が続いている。焼損や腐食被害により使用不能となった電源や真空ポンプは、周辺ケーブルを含め撤去された。 3.1 運転時間
HM-18 は 2022 年 6 月に HM-18 内部でのビーム加速
今後、新たに電源や真空ポンプ等の調達が必要となっている。また、大きな真空リークが発生しており、火災前 を確認し、9 月から RI 生産へのビーム供給を再開した。の定期点検時での真空リーク量は、1.5×10-4 Pa･m3/sec 2022 年度の運転時間の集計結果を Table 1 に示す。総程度であったのに対し、低真空領域を含めての計測で 運転時間は 708 時間で、その内 583 時間が陽子 18 MeVあるが 11 Pa･m3/sec と大きく悪化していることが確認でき による RI 生産であった。残りの 125 時間を調整運転に用いた。重陽子 9 MeV による RI 生産は、15O 用の合成
# hojo.satoru@qst.go.jp
装置が火災の影響により改修中のため行っていない。
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Table 1: Annual Operation Time of the HM-18
Operation time

Total708 h

1. Protons used RI productions

583 h

2.Deuterons used RI productions

0 h

3.Tuning operation and machine studies

125 h2022 年度までの運転時間と稼働率の推移を Fig. 2 に示す。通常運転を年間通して行うと 1500 時間程度の総運転時間となっていたが 2022 年度は、9 月からの供給運転を開始しため、半分程度となった。ここ数年、年間運転時間が下がっているが、2021 年度は火災の影響により 12 月以降 4 か月停止、2020 年度は COVID-19 緊急事態宣言対応で 3 か月間停止したため年間運転時間が少なくなっている。また、例年、調整運転の時間はごくわずかであったが、2022 年度は 125 時間と長い時間となっている。2021 年度は火災以降のマシンタイムを実施できず、稼働率が 70％以下となっている。

た。すべてのビーム輸送系(BT)系マグネット用の電源は火災前から変更されているため、BT 系マグネットのパラメータ調整を行った。C-2 コースでは、金属ターゲットへの照射に向けたビーム調整を行った。
年間の故障停止時間とその内容を Table 2 に示す。
2022 年度の故障停止時間は、4 時間となっており、そのうちの 3 時間がクライオポンプの停止によるものである。
クライオポンプが停止した原因は、夜間の瞬時電圧低下である。クライオポンプを再起動して、ビーム供給開始までに 3 時間を要した。その他では、圧空駆動装置の故障による停止が 1 時間となっている。その内訳は、20 分程度の故障停止が 3 回で、いずれもビームシャッター用の駆動機器で発生している。それぞれ電磁弁、エアーシリンダー、制御用リレーの故障によるものであった。
Table 2: Unscheduled Beam Stop by Failure of the HM-18
Unscheduled beam stop by failure
Vacuum cryopumpTotal

４ h( Instantaneous voltage drop)

3 hCompressed air drive
Beam stop time / planning time

Figure 2: Operation time and availability of the HM-18.
2022 年度の調整運転における照射コース別運転時間とその割合を Fig. 3 に示す。HM-18 内部で行われた調整運転は、22 時間、C-1 コースでは 25 時間、C-2 コース
では 77 時間であった。調整運転の 62％が C-2 コースで行われている。HM-18 内部での調整運転では、火災からの復帰後初のビーム確認や、HM-18 の電磁石、イオン源、高周波等の動作確認が行われた。C-1 コースの調整運転では、RI 生産の再開にむけたビーム確認が行われ

1 h
0.6 %

3.2 C-2 コースの改修
これまで NIRS-930 の C-4 コースで行っていた金属ターゲットへの照射を、HM-18 の C-2 コースで実施できるようにするための改修を行った。これまで C-2 コースでは気体のターゲットへの照射が行われてきた。ビームス
ポットの形状やサイズの確認は行っておらず、ビーム電流とターゲット直前のコリメーターのビーム電流の確認のみで照射を行っていた。金属ターゲットへの照射の場合、ビームスポットが小さすぎると発熱が集中してしまい、溶融する可能性がある。また、目的の核種を効率よく生産するためには、ターゲットへの均一な照射が理想的であり、ビームスポットのサイズと位置の調整も必要となる。そのため、C-4 コースから C-2 コースへ（Fig. 1 赤矢印にて示す。）ビーム調整用の機器をターゲットシステムと併せて移設した。Figure 4 に C-1、C-2 コースのマグネット写真を示す。写真奥が上流本体室で C-2 コースへ移設したス

Figure 4: Magnet at the C-1 and C-2 beam course.

Figure 3: Beam tuning time of the HM-18.

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PASJ2023 TFSP15テアリングマグネットである。また、ファラデーカップ、三線式プロファイルモニタ、上下左右の 4 分割コリメータもターゲットシステムと併せて移設した。
移設後ビーム調整を行い、30 µA でのターゲット照射が可能となり、2022 年度は 64Cu の臨床提供を 3 回実施することができた。

た。各ベローズを予備と交換し対応した。各真空ポンプも煤の影響を受けているため、交換を行った。クライオポンプでは、冷媒のヘリウムガス用のステンレスホースにリークが生じて、動作不良となった。清掃と中和処理作業を実施していたが、ホースの外側に保護用のステンレスの網線があり、内部のベローズまで中和処理が届かずに腐食が進んでいた。
3.3 HM-18 の復旧作業について
また、火災後 1 年後に HM-18 の内部点検を実施する
火災後から HM-18 運転に向けた復旧作業は、真空、ために、上ヨークをジャッキアップしたところ、上下ヨーク
冷却水、電源、制御、ガス系等多岐に亘った。まず、の接合面に腐食が生じてしまっていた（Fig. 6）。通常、上HM-18 本体周りの電源は、出火元とは別の部屋に設置
下ヨークは、ほとんど隙間なく接合しているにも関わらず、されていた為、煤の除去をする程度で使用可能であった。
煤が入り込み腐食が進んでいた。錆を除去し、アルカリBT 系の電源は、出火元の電源室に設置されていた洗浄液で中和処理を実施した。しかしながら、およそ 1 か為、浸水と大量の煤が入り込み、使用不可となった。使月後のジャッキアップ時に腐食が進んでいる箇所があり、用不可となった既設の BT 系電源は、各マグネットのイン再度防腐処理作業を実施した。さらに 3 か月後に再度点ピーダンスに合わせた電流と電圧で設計製作されたもの検を行った際では再び腐食は見られなかったが、今後もであった。今回、早急に C-1,C-2 コースへビーム供給を注視していく必要がある。
行うために、NIRS-930 の BT 系で用いていた市販の電源を流用した。制御は、アナログ制御を用いており、制御室のポテンショメータで出力の設定を行っている。
NIRS-930 と HM-18 の冷却水の系統は共通で、循環ポンプ 1 台で運転していた。このポンプの吐出圧力は1.5 MPa で、吐出流量は 1.5 m3/min であった。これに対し、HM-18 や RI 生産照射室の BT ラインのみの運転時の必要量は、圧力：1 MPa 流量：0.2 m3/min と、既設のポンプでは大きすぎるため、小型のポンプに切り替えて運転を行った。冷却水ポンプの写真を Fig. 5 に示す。冷却水経路を HM-18 の系統のみに絞ったことにより全体の流量が低下し、温度調整用の三方弁が調整できずに、18℃から 28℃の幅でハンチングが発生してしまった。温度調節器の比例帯の再調整を行い、冷却水の水温を安定させることができた。
安全インターロックでは、ハードワイヤーリレーを用いている。NIRS-930 では制御配線等が焼損した箇所もあるため系統を切り離し、HM-18 の系統のみに切り分けて、電源の供給を行い正常に動作することを確認した。
真空系では、NIRS-930 と同様に煤の影響により、駆動用の溶接ベローズが腐食し、真空リークが多く発生し
Figure 6: Joint surface of magnet yokes at HM-18.

参考文献[1] H. Ogawa et al., “STATUS REPORT ON THE NIRSCHIBA ISOCHRONOUS CYCLOTRON FACILITY”,
IEEE Transactions on Nuclear Science, Vol. 26, No. 2, April
1979, DOI: 10.1109/TNS.1979.4329792[2] QST プレスリリース “千葉地区内サイクロトロン棟地下電源室の火災発生について”,
https://www.qst.go.jp/site/press/20211126.html

Figure 5: Cooling water pump.

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