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第7章 放射線・放射性同位元素の利用の展開

7-1 放射線利用に関する基本的考え方と全体概要

（1） 放射線利用に関する基本的考え方

 放射線は生体組織に対して過度に照射すると障害をもたらしますが、図7-1に示すような特性を有しています。これらの性質を学術研究や産業利用に幅広く活用することにより、国民生活の水準向上等に大きく貢献しています。
 原子力利用に関する基本的考え方では、放射線・RIの活用の発展により、これまで想定されていなかった領域を含め、イノベーションが創出されることへの期待が示されています。また、2020年7月に閣議決定された「統合イノベーション戦略2020」においても、放射線・RIについては、先端的な科学技術と共通の科学的基盤を有する分野であり、今後は工学、医学、理学等の分野間連携を促進することや、複数の専門領域を融合させ、国や大学、研究機関だけでなく、民間企業も連携したオールジャパン体制で取り組むことを通じて、放射線等を戦略的かつ有効に活用していくことが求められるとされています。

図7-1 放射線の特性

（出典）内閣府作成

（2） 放射線の種類

 放射線には、電離放射線と非電離放射線の二種類があります。電離放射線は、原子や分子から電子を引き離しイオン化（電離）する能力を持ちます。電離放射線には、α線、β線及び陽子線のように電荷を持った粒子線や、中性子線のような電荷を持たない粒子線、X線やガンマ線（γ線）のような電磁波等、様々な種類があります。一方、非電離放射線は、電離放射線のような相互作用をしない可視光線やマイクロ波等です。一般的に、放射線というと電離放射線を指します（図7-2）。
 多くの放射線は、物質に当たるときや物質中を透過するとき、物質の分子や原子と相互作用します。その相互作用は放射線の種類によって異なり、例えば、X線は物質を通り抜ける能力が高い、α線は物質内部で止まる際に局所的・集中的にエネルギーを与える、といった特徴があります。このような特徴を生かし、様々な放射線利用が行われています。

図7-2 放射線の種類

（出典）地人書館 中村尚司著「放射線物理と加速器安全の工学」（1995年）、環境省「放射線による健康影響等に関する統一的な基礎資料 令和元年度版」（2020年）等に基づき作成

（3） 放射線源とその供給

 放射線を発生する機器やものには、RI、加速器、原子炉等、様々なタイプがあり、それぞれから得られる放射線の種類にも特徴があります（表7-1）。これらを目的や手段に応じて使い分けて、効果的に放射線利用が行われています。

表7-1 放射線発生装置（放射線源を含む）と得られる放射線

	RI	加速器	原子炉	X線発生装置	レーザー発振器
α線	〇	〇
β線	〇	〇
γ線	〇	〇
中性子線	〇	〇	〇
ニュートリノ	〇	〇
ミュオン		〇
陽子線		〇
重粒子線		〇
放射光		〇
X線				〇
レーザー光					〇

（出典）原子力委員会研究開発専門部会加速器検討会「加速器の現状と将来」（2004年）等に基づき作成

① 放射性同位元素（RI）

 RIは、それ自体が放射線源となります。RIは原子核が不安定であるため、より安定な状態に移行しようとして別の原子に変わる放射性崩壊を起こすことがあり、その際に放出される放射線（α線、β線、γ線、中性子線）が利用されています。天然に存在するRIの利用は効率が低いため、原子炉や加速器を用いてRIを人工的に製造しています。
 原子炉でのRI製造は、原子核の核分裂反応あるいは中性子を吸収する反応により行われます。我が国でRI製造・供給を行うことのできる原子炉（研究炉）は、過去にJRR2-3、材料試験炉（JMTR3）、京都大学研究用原子炉（KUR4）の3基ありました。このうち、KURは2017年に運転を再開しており、JRR-3は耐震補強工事等を経て2021年2月に運転再開しました。なお、JMTRは、新規制基準対応のための耐震工事費用等を勘案し、廃止が決定されました。
 加速器でのRI製造は、加速された荷電粒子（陽子、α線等）をいろいろな試料に照射することにより行われます。我が国では、主要なRI医薬品のテクネチウム99m（Tc-99m）の原料であるモリブデン99（Mo-99）の全量を海外から輸入しており、製造に用いられる研究炉の老朽化や故障により、Mo-99の入手が極めて困難になった時期がありました。このような状況を受けて、加速器によるMo-99製造の実用化に向けた検討が進められています。
 RIの利用には、容器に密封されたRI（密封RI）と、密封されていないRI（非密封RI）の二つの形態があります。密封RIは民間企業への供給量が特に多く（図7-3左）、非破壊検査や計測等の装置、医療機器や衛生材料の滅菌、医療機関におけるガンマナイフ装置5等に使用されています。また、非密封RIは教育機関を中心に供給されており（図7-3右）、分子生物学等の研究分野において、地表の物質の移動現象や動植物等の生体内における元素の移動現象を追跡できる、感度の高いトレーサーとして利用されています。

図7-3 密封RI（左）及び非密封RI（右）の機関別供給量（2020年度）

（出典）公益社団法人日本アイソトープ協会「アイソトープ等流通統計2021（第2版）」（2021年）に基づき作成

 RIを使用する事業所は2020年3月末時点で7,535か所あり、機関別に見ると、民間企業が4,487か所、医療機関が1,141か所、研究機関が407か所、教育機関が485か所、その他の機関が1,015か所です（図7-4）。民間企業では、化学工業、パルプ・紙製造業、鉄鋼業、電気機器製造業を始めとして、幅広い業種において使用されています（図7-5）。

図7-4 放射性同位元素を使用する事業所数の推移

（出典）原子力規制委員会「規制の現状 表2 機関別使用事業所数の推移」に基づき作成

図7-5 放射性同位元素を使用する民間企業の業種別事業所数（2019年3月末時点）

（出典）公益社団法人日本アイソトープ協会「放射線利用統計2019」に基づき作成

② 原子炉

 原子炉では、RI製造以外にも、核分裂の際に放出される中性子が利用されています。核分裂により放出されるエネルギーを熱として取り出し動力源に用いるのが原子力発電であり、核分裂により放出される中性子を利用するのが研究炉です。研究炉では、中性子をビームとして炉心から取り出し、学術研究等に利用しています。

③ 加速器

 加速器は、RI製造以外にも、陽子、電子、炭素原子核等の粒子を光の速度近くまで加速して、エネルギーの高い電子線、陽子線、重粒子線の状態で取り出すことができます。粒子を加速する形状により、直線的に加速する線形加速器と、円軌道を描かせながら次第に加速する円形加速器の2種類に大別されます。例えば、円形加速器では、電子の加速により、様々な波長の電磁波が含まれる放射光を発生させることができます。放射光から、目的に応じて特定の波長の電磁波を取り出し、タンパク質の構造解析等に利用されています。
 放射性同位元素等規制法の許可を受けて使用されている加速器（放射線発生装置）は、2019年3月末時点で1,747台です（図7-6）。このうち1,310台は医療機関に設置され、がん治療等に利用されています。また、教育機関、研究機関、民間企業等でも利用されています。そのほか、放射性同位元素等規制法の規制対象とならない低エネルギー電子加速器、イオン注入装置等も民間企業等に多数導入され、幅広く利用されています。
 なお、中性子源として用いる加速器には持ち運び不可能な大規模な装置が必要ですが、X線や電子線を発生する加速器は小型化・軽量化が進められ、利用対象が広がっています。

図7-6 放射線発生装置の使用許可台数（2019年3月末時点）

（出典）公益社団法人日本アイソトープ協会「放射線利用統計2019」に基づき作成

④ その他（X線発生装置、レーザー発振器）

 X線発生装置では、陰極と陽極の間に高電圧をかけ、陰極から出た熱電子が高速で陽極とぶつかったときにX線が発生します。X線は、レントゲンや非破壊検査等に利用されています。
 レーザー発振器は、気体や固体の原子の電子エネルギーを変化させて取り出した光を増幅し、ほぼ単一の波長の電磁波であるレーザー光として発振します。指向性が優れている、エネルギー密度が高いなどの理由から、レーザー溶接や歯の治療等に利用されています。

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1. Radio Isotope
2. Japan Research Reactor
3. Japan Materials Testing Reactor
4. Kyoto University Research Reactor
5. 病巣部周囲の正常な組織を傷つけることなく、約200個のコバルト60（RI）の線源から出るγ 線を用いて、虫眼鏡の焦点のように病巣部に対して集中的に照射する治療法。ビームが集中する箇所のみがナイフで切り取られたかのように治療できることが、命名の由来。
6. Japan Science and Technology Agency
7. Deuteron Accelerator for Theranostics mEdicine at Tohoku University