PET樹脂で放射線計測、PET装置にも応用

放射線医学総合研究所は5月19日、ペットボトル用の樹脂ポリエチレンテレフタレート（PET：Polyethylene Terephthalate）が放射線の計測には極めて優れた性質を持つことを発見し、実際に市販のペットボトル用の樹脂を用いた放射線の計測に世界で初めて成功したと発表した。
　　http://www.nirs.go.jp/news/press/2010/05_19_1.shtml

がんの診断で多用されているPET (Positron Emission Tomography：陽電子断層撮像) 装置など、様々な放射線検出器の低コストな素材として応用されることが期待される。

本研究成果は、世界最古の歴史を誇る英国王立協会の著名な科学誌『英国王立協会紀要A』のオンライン版に5月19日に掲載された。
　　　http://rspa.royalsocietypublishing.org/content/early/2010/05/15/rspa.2010.0118.abstract

現在、核医学診断装置のみならず科学の幅広い分野で、様々な放射線検出器が使用されているが、放射線検出器の一つであるシンチレーション検出器（Scintillation）は、放射線を受けると微弱な光を発するシンチレータと、この微弱な光を捉え電子に変換する光電面および光電面で発生した電子(光電子)を数百万倍に増幅する光電子増倍管で構成されている。

シンチレータは放射線があたると蛍光を出す物質のこと。

放射線が物質を通過する際に、物質中の電子を少しエネルギーの高い状態(励起状態)にするが、励起された電子は 10万分の1秒から10億分の1秒という短い時間で元の状態に戻り、この時にシンチレーション光という光が出る。
シンチレーション光は非常に微弱で、そのままでは放射線や素粒子などの測定に使うことができない。
1940年代になって波長変換剤を添加したシンチレータが開発され、シンチレーション光を使った放射線検出が行われるようになった。

PETはガン細胞が正常な細胞より数倍の糖類を消費することを利用したもの。
糖類の一種にポジトロン放出核種と呼ばれる物質を化学合成した特殊な薬剤を被験者の体内に投与すると、一対のガンマ線を180度の方向に放出しながら、糖類が多量に消費されるガン細胞に集まり滞留する。

PET装置の検出器は、円筒状になっており、180度の方向に放出された２つのガンマ線を同時に捉えることができるので、２点の検出箇所を結ぶ線上に元の薬剤があることが分かる。これらを一対ずつ検出、記録し、解析することでガン細胞の場所を特定する。

シンチレータには、無機質を使う場合、非常に高価であると共に、加工や製造が難しいという大きな問題点がある。

PET装置のシンチレーターとしては、NaI(Tl) (タリウム活性化ヨウ化ナトリウム）、BGO(ビスマス ゲルマニウム オキサイド)、LSO(ルテチウム シリコン オキサイド)、GSO（Ce添加Gd₂SiO₅）、BaF2（フッ化バリウム）などが使われている。

一方、プラスチックの場合は、プラスチックは放射線を受けると微弱な光を発するが、光は紫外光領域に偏っており、当時の光電子増倍管の有感波長がほぼ可視光に限られていたため、「プラスチックはそのままでは放射線計測を行えない」ことが長年の常識になっていた。

このため、紫外光を可視光に変換する波長変換剤を添加することで使用が可能となったが、波長変換剤の添加は、光の変換効率を低くし、放射線計測の感度を下げる要因の一つになっている。また、海外企業のノウハウに依存しており、市場はほぼ海外に独占されている。

素粒子の検出によく使われるプラスチック・シンチレータは、ポリビニルトルエンに2種類の蛍光物質をわずかに混ぜたもの。

ところが、近年、光電子増倍管の有感波長領域が著しく向上したため、紫外光を十分に検出できる可能性が高まったため、様々なプラスチックを用いて、放射線計測用のシンチレータとしての可能性を検討した結果、ペットボトル用樹脂が光電子増倍管の最も感度が高い波長を発光し、放射線計測に極めて優れた性能を持つことが示された。

実際に放射線をペットボトル用樹脂に当て、光電子増倍管で計測したところ、電気信号が検出され、放射線の計測に成功した。

今後原子力産業や非破壊検査など、放射線計測を必要とする幅広い産業での応用も期待でき、また、低価格で高性能、エコロジーな放射線計測装置への応用が大いに期待できるとしている。

現在がんの診断で多用されているPET(陽電子断層撮像)装置やSPECT(単一光子断層撮像)装置が考えられ、実際に、研究グループは試作機を用いて画像化などの研究を行っている。

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