①放射線利用に関する研究開発
加速器はもともと原子力研究に不可欠な実験装置であったが,加速器により生成される種々の放射線は,物質の特性観測や加工に利用できることから,原子核研究だけでなく様々な分野での新たな放射線利用技術の開発などに利用されている。
これらの技術は,原子力のみならず科学技術全般,ひいては社会環境に対して革新的波及効果を及ぼすものとして大きな期待が寄せられており,従来の成果を基に,イオンビーム及び放射光に関する研究など新しい研究分野のための加速器の開発が進められている。
(ア)大型放射光施設(SPring- 8*)
日本原子力研究所及び理化学研究所は,兵庫県播磨科学公園都市において,1997年10月の供用開始を目指し,世界最高性能(80億電子ボルト)の大型放射光施設「SPring-8」の建設を進めている。本施設で発生する高指向性・高輝度の放射光によって,物質・材料系科学技術,情報・電子系科学技術,ライフサイエンス,医療技術などの広範な分野の研究・技術開発に飛躍的な発展をもたらすことが期待される。
また,本施設は,放射光利用研究の中核的研究拠点(センター・オブ・エクセレンス)として,我が国の産学官の研究者はもとより,国外の研究者に広く開かれた施設として最大限活用されることが重要とされ,1994年に「特定放射光施設の共用の促進に関する法律」が制定されるとともに,1996年3月の航空・電子等技術審議会「大型放射光施設(SPring-8)の効果的な利用・運営のあり方について」(諮問第20号)に対する答申を受けて,利用者本位の考え方を原則とした体制を整備し,その共用を促進する方策が進められている。
* SPringg-8: Super Photon ring-8GeV
(イ)重粒子線がん治療装置(HIMAC*)
放射線医学総合研究所では,重粒子線によるがん治療法の研究開発を進めている。重粒子線は,従来の放射線療法では治療が困難であったがんに対する治療効果が高く,かつ重粒子線のエネルギー分布をがん患部に合わせて調整することにより患部周辺の正常細胞の障害を最小限に抑えられるなど優れた性質を有している。1987年度より世界に先駆けて医療専用の重粒子線がん治療装置(HIMAC)の建設を進め,1994年に完成に至った。
1994年6月からは,臨床試行を開始し,1996年11月18日までに183名の患者に対して治療照射を行った。これまでのところ,他の治療法では見込みのなかった多数の例で腫瘍の縮小が観察されるなど,概ね良好な経過をたどっている。
*HIMAC: Heavy Ion Medical Accelerater in Chiba
今後は,同治療法の早期確立を目指し,さらに患者数や対象部位を拡大していく予定である。また,病床数約100床の新病院と重粒子線がん治療の情報化と高度化のための重粒子線高度がん治療推進センターを,早期開設に向けて建設中である。
(ウ)日本原子力研究所における放射線利用研究
日本原子力研究所では1994年度にタンデム型加速器ブースターを完成させ,従来の加速器では困難であった原子核反応機構の解明など原子核物理の基礎研究が進められているほか,1993年にはイオン照射研究施設(TIARA*)の全施設を完成させ,種々のイオンビームを利用した新機能材料の開発やバイオ技術の研究が行われている。
* TIARA:Takasaki Ion Accelerators for Advanced Radiation Application
②放射性同位元素及び放射線発生装置の利用状況
放射性同位元素等による放射線障害の防止に関する法律(放射線障害防止法)に基づく放射性同位元素(RI)または放射線発生装置の使用事業所は,1996年3月末現在,4,983事業所に達している。これを機関別に見ると,民間企業1,848,研究機関868,医療機関789,教育機関434,そのほかの機関1,044である。
非密封放射性同位元素の使用量としては,医療機関におけるテクネチウム99mが大部分を占めている。体内診断用(インビボ)放射性医薬品におけるガリウム67,テクネチウム99m,ヨウ素123及びタリウム201の使用量は増加傾向にある。体外診断用(インビトロ)放射性薬品については,利用核種の大部分はヨウ素125であり,使用量は近年横ばいの傾向にある。
また,密封放射性同位元素の使用事業所数は4,289である。コバルト60はレベル計に,ニッケル63はガスクロマトグラフ装置に,クリプトン85は厚さ計に,ストロンチウム90はたばこ量目制御装置に,セシウム137はレベル計,密度計等に,イリジウム192は非破壊検査装置に,アメリシウム241は厚さ計,密度計などに主に使用されている。医療機関においては,コバルト60,ラジウム226などが密封小線源として利用されているほか,コバルト60及びセシウム137が遠隔照射治療装置の線源として,また,コバルト60などが放射線滅菌用の大線源として利用されている。
放射線障害防止法に定める放射線発生装置は,1996年3月末現在,1,035台に達している。放射線発生装置の63.5%は医療機関に設置され,がん治療などに利用されている。また,36.5%が教育機関,研究機関,民間企業などに設置され,様々な研究開発に利用されている。
なお,放射線障害防止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などに多数設置され,幅広く利用されている。
③放射線利用技術の実用化等の状況
(ア)医療分野
放射線は,医療分野において,診断,治療などに広く利用されている。
診断の面では,放射線が生体を透過する性質が利用され,広く普及している胸・胃・骨のX線撮影をはじめとし,X線コンピュータ断層撮影(X線CT),ポジトロンCTなどにも利用されている。
治療の面では,X線,γ線などの照射によるがん治療が実用化されており,現在,粒子線を利用したがんの治療に関する研究も進められている。
(イ)農業分野
農業分野では,品種改良,害虫防除,食品照射などの分野において放射線が利用されている。
植物の品種改良では,γ線などを照射することによって100種に及ぶ新品種が作り出されている。その中には台風でも倒れにくいイネ,黒班病に強いナシ(ゴールド20世紀),冬でも枯れない高麗芝などがある。ゴールド20世紀は,農薬散布を大幅に減らせるため,健康面でも経済面でも大きな効果を生み出している。また,冬に枯れないが病害虫に弱い西洋芝に比べ,高麗芝は病害虫には強いが冬に枯れてしまうという欠点をもっていたが,γ線照射により,その欠点は改良された。
このように農薬使用量の少ない植物は,環境保全などに役立っている。
害虫防除では,γ線を照射して不妊化した雄を野外に放って野生の雌と交尾させると,生まれた卵が孵化しないという性質を利用した不妊虫放飼法*がある。この方法によって沖縄県と奄美群島に生息するウリミバエを根絶する事業が長年にわたって行われてきたが,1993年10月にこれらの地域からの根絶が達成された。その結果,ウリミバ工が寄生する果菜類の移動規制が解除され,本土への出荷ができるようになった。
*不妊虫放飼法:人工的に飼育した害虫の雄のさなぎに適量の放射線を照射すると,それから羽化した成虫は正常な雌成虫と交尾することはできるが,受精させることはできなくなる。このような雄の成虫を自然界の害虫集団に継続的に大量に放飼すると,雌が受精能力のある雄と交尾する機会が少なくなり,受精卵を産む割合が減っていくので,ついに害虫集団は絶滅する。これを不妊虫放飼法という。応用対象としては,ウリミバエのほか,IAEAがタンザニアで計画しているツエツエバエがある。
食品への放射線照射については,食品や農産物にγ線や電子線などの電離放射線を照射することによって,発芽防止,熟度遅延,殺菌,殺虫などの効果が得られ,食品の保存期間が延長される。とくに収穫後の腐敗,害虫などによる食品の損耗が大きい開発途上国にとって食品照射は重要な役割を果たし得ることから,1993年IAEA総会において「開発途上国における食品照射の実用化促進」決議案が採択され,世界では1995年10月現在,41ヶ国(地域)で農作物の損耗防止や食品衛生等のため食品照射が法的に許可されている。
我が国では,1974年から北海道士幌町でジャガイモの発芽防止のための照射が行われている。
なお,1996年に全国的な食中毒の発生を引き起こした病原性大腸菌O-157に対して,放射線で効率的に殺菌できることが,日本原子力研究所において確認されている。
(ウ)工業分野
放射線の透過性を利用して,製紙業界などにおける厚さ,密度,水分含有量の精密な測定や鉄鋼,航空機業界などにおける非破壊検査に広く使用されている。1996年3月現在,厚さ計が433事業所で2,671台,レベル計が191事業所で1,337台,非破壊検査装置が157事業所で990台である。
一方,放射線との相互作用を利用して,材料に放射線を照射し,強度,耐熱性,耐摩耗性の向上などを図る材料の改質が行われている。
また,放射線による医療用具の滅菌は,化学殺菌のように残留有害物がないことなどから,注射針,注射筒,縫合糸など100種以上のものに実施されている。
(エ)環境保全分野
排煙,廃水,汚泥の処理など環境保全のため(こも放射線が利用されている。酸性雨の原因になる排煙中の窒素酸化物やイオウ酸化物などは,電子線で排煙を照射するごとで除去できる。そのとき排煙にアンモニアを加えておくと,硝安や硫安などの肥料に変えることができる。
日本原子力研究所が,1993年度までの3年間,中部電力(株)新名古屋火力発電所構内で実施した石炭燃焼排煙処理のパイロット試験で,従来法に比べて設備コストや運転コスト及び敷地面積の少なさにおいて優れていることがわかっている。この排煙処理技術は東欧や中国などにおいて応用されるものと期待されている。
(オ)基礎研究分野
ライフサイエンス分野では,DNA塩基配列の決定,蛋白質などの構造解明や合成,物質代謝,免疫応答など高度な分析が必要な研究において放射性同位元素(RI)が利用されている。その他,植物に対する施肥効果,家畜の代謝の研究などにもRIが利用されている。また,サケやマスの回遊状況を調べたり,植物の微量元素の吸収を調べるのには,放射化分析が利用されている。今後は,植物体内への複数元素の移行や分布の同時計測にマルチトレーサー*を活用することが期待される。
一方,試料に含まれるRIの崩壊状況を測定することにより,その年代を知ることができるため,考古学の分野でも利用されている。
④先端的研究開発の状況
(ア)放射性同位元素の利用に関する研究開発
医療分野においては,陽電子放出核種を利用するインビボ検査(脳,心肺などの機能診断)について,PET*装置による代謝,血流分布などの生理学的データの定量的画像情報化による診断技術,短寿命放射性同位元素標識化合物の製造技術などの研究開発が進められている。また,がん関連抗原を認識するモノクローナル抗体を放射性同位元素で標識する免疫核医学的手法を用いたがんの診断・治療技術の研究も進められている。
(イ)加速器を用いたビーム発生・利用技術に関する研究開発
放射線をビームとして発生させ,利用する技術に関しては,その手
*マルチトレーサー:物質の中にRIを混合し,その放射線を測定器で追跡して,その物質の動向を調べることをトレーサー法と言い,これに用いられるRIをトレーサー (追跡子)という。加速器を利用すると同時に複数のRIを生成し,溶液の中に取り出すことができる。これをマルチトレーサーという。マルチトレーサーを用いれば,多数の元素の挙動を同じ条件の下で同時に追跡することができる。
*PET:Positoron Emission Computed Tomography 体内の特定の部位に集まる物質を陽電子放出核で標識し,これを体内に注射し,集積する場所を検査し,代謝機能を調べる方法によって,脳,心臓等の機能の画像診断を可能にする装置。
段としては主に加速器が用いられている。加速器は原子核研究のみならず広範な分野で利用されてきており,その技術的進展により,今後新たな展開をもたらすものと期待されている。1996年6月,原子力委員会放射線利用推進専門部会において「加速器利用研究の推進について」の報告がなされ,産学官において,これに沿った各種加速器の整備・利用の促進が図られることが期待されている。
(a)放射光の発生・利用技術
高輝度で広範な波長の放射光は,材料分野,ライフサイエンス分野などの広範な基礎研究分野のための有力な研究手段であるとともに,原子力分野におけるこれまでの技術蓄積を活用し得るものであることから,大型放射光施設(SPring-8)の建設・整備が実施されている。
さらに,SPring-8の効果的な利用の推進及び高度化に向けた研究開発が進められている。
(b)イオンビームの発生・利用技術
重イオン加速器を単独あるいは複数組み合わせて発生させるイオンビームの利用研究については,高度な材料開発,がん治療法の研究開発,原子核物理などの基礎的研究が,日本原子力研究所,放射線医学総合研究所及び理化学研究所でそれぞれ進められている。
また,理化学研究所は,スピン物理研究を推進するために,米国ブルックヘブン国立研究所に建設されている世界唯一の重イオン衝突型加速器(RHIC*)に理化学研究所が開発した実験・研究施設を設置して共同研究を実施すべく,1995年より準備を進めている。
(c)RIビームの発生・利用技術
RIビームについては,加速器の高エネルギー化及び大強度化により利用できる加速粒子の種類が飛躍的に拡大し,これまで実現できなかった核反応や新核種・元素の合成はもちろん,物質及び材料,生物,基礎医学など幅広い研究分野への利用が期待される。我が国では理化学研究所を中心として世界最先端の研究が進められており,例えば中性子ハロー,中性子スキンの存在がRIビームを利用した研究により発見された。また宇宙における元素合成の解明が進められている。
(d)陽電子ビームの発生・利用技術
陽電子ビームについては,他の手段では困難な物質の最表面での構造や状態の解析,また,陽電子の対消滅を利用した生体物質などの微細構造制御が期待でき,高強度・高品質のビーム発生をめざした研究が進められている。
* RHIC:Relativistic Heavy Ion Collider
(e)陽子ビーム,中性子ビーム等の発生・利用技術
陽子ビームについては,広範なエネルギーの大強度中性子の生成が可能であり,それを利用した新しい物性,材料,核物理研究が期待されている。また,高エネルギー陽子の核破砕反応を利用する放射性廃棄物の消滅処理技術,陽子加速器と核分裂炉を組み合わせた加速器に関する技術など,燃料サイクルの将来技術の開発において,その可能性が期待されることから,大強度陽子加速器の整備を目指した研究開発や,がん治療など陽子加速器を利用する技術に関する研究が進められている。
また理化学研究所は,英国ラザフォードアップルトン研究所の大強度陽子加速器に付設したミュオンビーム発生施設を用いてミュオンによる物質解析法の研究を進めている。
(ウ)研究用原子炉を用いた中性子線利用研究開発
研究用原子炉については,原子炉設計そのものに係る研究開発のほか,中性子源としての照射利用,中性子ビームを利用した研究開発等の広範な分野での利用が進められている。この利用により,軽水炉の高度化,高速増殖炉及び核融合炉開発等のための燃料及び材料の照射研究,微量物質の放射化分析,熱中性子等を利用した医療のための照射技術の開発,放射性同位元素の製造等が進められている。
また,高分子化学,ライフサイエンス,材料科学等の一層広範な研究開発分野においては,高性能の熱中性子及び冷中性子ビーム等の回折及び散乱現象等の利用が進められているほか,中性子ラジオグラフィについてもこれまで主に用いられてきた熱中性子に加え,高速中性子,冷中性子を用いた研究が進められている。
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