ES2846151T3

ES2846151T3 - Método para fabricar una pieza compacta sinterizada de fluoruro de magnesio y método para fabricar un moderador de neutrones

Info

Publication number: ES2846151T3
Application number: ES15740248T
Authority: ES
Inventors: Hidaka Furuya; Kazuto Sanada; Yoshinori Sugawara; Hideaki Usui; Masaru Nakamura; Shinichi Takei
Original assignee: Cancer Intelligence Care Sys Inc; CANCER INTELLIGENCE CARE SYSTEMS Inc; Nippon Light Metal Co Ltd
Current assignee: Cancer Intelligence Care Sys Inc; CANCER INTELLIGENCE CARE SYSTEMS Inc; Nippon Light Metal Co Ltd
Priority date: 2014-01-22
Filing date: 2015-01-20
Publication date: 2021-07-28
Anticipated expiration: 2035-01-20
Also published as: JP6085782B2; RU2016133616A; KR101885011B1; CN110818418A; KR20160102048A; US20160326062A1; AU2015210075A1; RU2016133616A3; CN106414369A; US9868673B2; JPWO2015111586A1; EP3098209A4; HUE053143T2; EP3098209B1; CN106414369B; RU2655356C2; WO2015111586A1; DK3098209T3; PL3098209T3; EP3098209A1

Abstract

Método para fabricar una pieza (ds) compacta sinterizada de fluoruro de magnesio, comprendiendo el método: llenar con un material de polvo de fluoruro de magnesio mediante golpeo un troquel; y realizar sinterización por corriente eléctrica pulsada para sinterizar el material de polvo de fluoruro de magnesio llenado mientras se aplica una corriente eléctrica pulsada al mismo, para obtener una pieza compacta sinterizada de fluoruro de magnesio, en el que la velocidad de calentamiento del troquel es de 1ºC/min a 7ºC/min.

Description

DESCRIPCIÓN

Método para fabricar una pieza compacta sinterizada de fluoruro de magnesio y método para fabricar un moderador de neutrones

Campo

La presente invención se refiere a un método para fabricar un moderador de neutrones usado principalmente para la terapia por captura de neutrones, y a un método para fabricar una pieza compacta sinterizada de fluoruro de magnesio que es óptima para un moderador de neutrones.

Antecedentes

Se han estudiado diversos materiales para un moderador de neutrones que se usa para el tratamiento selectivo del cáncer, tal como la terapia por captura de neutrones de boro. Los ejemplos de los materiales incluyen fluoruro de litio, fluoruro de aluminio y fluoruro de magnesio. De estos materiales, el fluoruro de magnesio se conoce específicamente como material óptimo para un moderador de neutrones debido a su excelente función para moderar la energía de haces de neutrones a 10 keV o menos.

Lista de referencias

Documentos de patentes

Documento de patentes 1: Solicitud de patente japonesa abierta a consulta por el público n.° 2004-233168

Documentos no de patentes

Documento no de patentes 1: Optimizing the OSU-ABNS Base Moderator Assembly Materials for BNCT B. Khorsandia*, T. E. Blue a Nuclear Engineering Program, la Universidad Estatal de Ohio, Columbus, OH 43210, EE.UU. Documento no de patentes 2: Accelerator-Based source of epithermal neutrons for neutron capture therapy. Kononov O E, Kononov V N, Solov' EV A N, Bokhovko M V At Energy vol. 97 n.° 3, PP626-631

Puede hallarse técnica relacionada adicional en Cics - Cancer Intelligence Care System: “Theory System Using New Material Target Technology for Recurrent Cancer Therapy”, in: “Report of Research Products (Summary Version) - FY Heisei 24 (2012), medical equipment; development project of solving the problem type”., 1 de febrero de 2013 (01-02 2013), Ministerio de Economía, Comercio e Industria de Japón - CICS Co. Ltd., Japan. Masaru Nakamura ET AL: “Reappraisal of the optimal neutron energy characteristic and spectrum for accelerator-based epithermal neutron source -PHITS analysis and trial production of the moderator”, 15° Congreso internacional sobre terapia por captura de neutrones, 10-14 de septiembre de 2012 TSUKUBA, 13 de septiembre de 2012 (13-09-2012), divulgan un moderador de neutrones compuesto por MgF2, que contiene 4 capas compuestas por MgF2, donde las dos últimas capas tienen una forma ahusada. La cerámica se ha sinterizado mediante SPS con un calentamiento de alrededor de 60°C/min. El polvo tiene una pureza del 99%.

Sumario

Problema técnico

La técnica descrita en el documento de patentes 1 mencionado anteriormente usa fluoruro de litio como moderador de neutrones. El litio usado en la técnica descrita en el documento de patentes 1, sin embargo, presenta un problema de coste de fabricación, porque el litio es uno de los metales raros.

En vista del problema anterior, el documento no de patentes 1 describe que el fluoruro de magnesio tiene una excelente función de moderación de neutrones para moderar la energía de neutrones en el intervalo de 10 keV o menos. Además, el documento no de patentes 2 describe un moderador que combina fluoruro de magnesio y politetrafluoroetileno.

Para fabricar un moderador de neutrones sólo con fluoruro de magnesio y sin usar politetrafluoroetileno para tener un buen rendimiento de moderación de neutrones, es apropiado procesar fluoruro de magnesio para dar una pieza compacta sinterizada. Para un moderador de neutrones, una pieza compacta sinterizada de fluoruro de magnesio se produce preferiblemente en un tamaño predeterminado, para que esté libre de grietas y astillado y para que tenga una alta densidad relativa.

La presente invención se ha realizado en vista de las consideraciones anteriores, y se refiere a proporcionar un método para fabricar una pieza compacta sinterizada de fluoruro de magnesio que esté libre de grietas y astillado y tenga alta densidad relativa, y también proporcionar un método para fabricar un moderador de neutrones.

Solución al problema

La presente invención está definida por las reivindicaciones independientes adjuntas. Las reivindicaciones dependientes respectivas describen características opcionales y la realización preferida.

Según un aspecto de la presente invención, con el fin de resolver los problemas mencionados anteriormente y lograr el propósito, se proporciona un método para fabricar una pieza compacta sinterizada de fluoruro de magnesio. El método incluye: llenar con un material de polvo de fluoruro de magnesio un troquel golpeando; y realizar una sinterización por corriente eléctrica pulsada para sinterizar el material de polvo de fluoruro de magnesio llenado mientras se aplica una corriente eléctrica pulsada al mismo, para obtener una pieza compacta sinterizada de fluoruro de magnesio. La velocidad de calentamiento del troquel es de 1°C/min a 7°C/min.

Este método de fabricación proporciona una pieza compacta sinterizada que tiene menos variación en la distribución del tamaño de grano y que tiene un crecimiento del tamaño de grano suprimido y, por tanto, permite que la pieza compacta sinterizada esté libre de grietas y astillado y tenga una alta densidad relativa.

Según un aspecto preferido, es preferible que en el llenado con polvo, el material de polvo de fluoruro de magnesio sea un material de alta pureza que tenga una pureza del 99 por ciento en masa o mayor, y el resto del mismo contenga impurezas inevitables. La pieza compacta sinterizada de fluoruro de magnesio compuesta por un material de alta pureza puede suprimir los neutrones que tienen una energía menor de 0,5 eV. Además, la pieza compacta sinterizada de fluoruro de magnesio también puede suprimir los neutrones que tienen una energía mayor de 10 keV.

Para resolver los problemas mencionados anteriormente y lograr el propósito, se proporciona un método para fabricar un moderador de neutrones. El método incluye: preparar una pluralidad de piezas compactas sinterizadas de fluoruro de magnesio en forma de disco fabricadas mediante el método mencionado anteriormente para fabricar una pieza compacta sinterizada de fluoruro de magnesio; y estratificar y unir las piezas compactas sinterizadas de fluoruro de magnesio en forma de disco para fabricar un moderador de neutrones. Este método de fabricación elimina la necesidad de sinterizar una única pieza compacta sinterizada de fluoruro de magnesio grande y gruesa, e impide que la densidad relativa en el interior del moderador de neutrones se vuelva baja.

Según un aspecto preferido, cuando las piezas compactas sinterizadas de fluoruro de magnesio en forma de disco se usan como cuerpos intermedios, es preferible que en la estratificación y unión, se estratifique al menos un segundo cuerpo estratificado intermedio, obteniéndose el segundo cuerpo estratificado intermedio adicionalmente perforando los cuerpos intermedios. Este método de fabricación permite la perforación precisa de piezas compactas sinterizadas de fluoruro de magnesio en forma de disco que tienen baja capacidad de procesamiento.

Según un aspecto preferido, es preferible que en la estratificación y unión, cuando las piezas compactas sinterizadas de fluoruro de magnesio en forma de disco se utilicen como cuerpos intermedios, se estratifique al menos un tercer cuerpo estratificado intermedio, obteniéndose el tercer cuerpo estratificado intermedio mediante ahusamiento de una periferia exterior de los cuerpos intermedios. Este método de fabricación permite el ahusamiento preciso de las piezas compactas sinterizadas de fluoruro de magnesio que son propensas a agrietarse o astillarse en sus periferias exteriores al procesar las piezas compactas sinterizadas de fluoruro de magnesio en forma de disco.

Según un aspecto preferido, es preferible que en la estratificación y unión, se fabrique un moderador de neutrones estratificando un primer cuerpo estratificado intermedio en el que se laminan los cuerpos intermedios, el segundo cuerpo estratificado intermedio y el tercer cuerpo estratificado intermedio. Este proceso puede proporcionar un moderador de neutrones que contiene piezas compactas sinterizadas de fluoruro de magnesio sin grietas ni astillado y con una alta densidad relativa.

Se proporciona un moderador de neutrones que modera neutrones, incluyendo el moderador de neutrones un cuerpo estratificado intermedio en el que se estratifican una pluralidad de piezas compactas sinterizadas de fluoruro de magnesio en forma de disco.

El moderador de neutrones puede suprimir los neutrones que tienen una energía menor de 0,5 eV mediante las piezas compactas sinterizadas de fluoruro de magnesio para que estén libres de grietas y astillado y tengan una alta densidad relativa. El moderador de neutrones también puede suprimir los neutrones que tienen una energía mayor de 10 keV mediante las piezas compactas sinterizadas de fluoruro de magnesio para que estén libres de grietas y astillado y tengan una alta densidad relativa.

Efectos ventajosos de la invención

La presente invención proporciona un método para fabricar una pieza compacta sinterizada de fluoruro de magnesio para que esté libre de grietas y astillado y tenga una alta densidad relativa, un método para fabricar un moderador de neutrones.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1 es un diagrama para explicar un generador de fuente de neutrones que incluye un moderador de neutrones. La figura 2 es una vista en perspectiva del moderador de neutrones.

La figura 3 es una vista lateral del moderador de neutrones en la figura 2.

La figura 4 es una vista desde arriba del moderador de neutrones en la figura 2.

La figura 5 es una vista en sección transversal tomada a lo largo de la línea A-A en la figura 3.

La figura 6 es un diagrama de flujo para explicar un método para fabricar el moderador de neutrones según la realización.

La figura 7 es un diagrama esquemático que ilustra esquemáticamente un dispositivo de sinterización por corriente eléctrica pulsada.

La figura 8 es una vista lateral de una pieza compacta sinterizada de fluoruro de magnesio en forma de disco.

La figura 9 es una vista desde arriba de la pieza compacta sinterizada de fluoruro de magnesio en la figura 8. La figura 10 es un diagrama para explicar un estado estratificado de cuerpos intermedios de un primer cuerpo estratificado intermedio.

La figura 11 es un diagrama esquemático que ilustra el primer cuerpo estratificado intermedio.

La figura 12 es un diagrama para explicar un estado estratificado de cuerpos intermedios de un segundo cuerpo estratificado intermedio.

La figura 13 es un diagrama para explicar un proceso de mecanizado para fabricar el segundo cuerpo estratificado intermedio.

La figura 14 es un diagrama esquemático que ilustra el segundo cuerpo estratificado intermedio.

La figura 15 es un diagrama para explicar un estado estratificado de cuerpos intermedios de un tercer cuerpo estratificado intermedio.

La figura 16 es un diagrama para explicar un proceso de mecanizado para fabricar el tercer cuerpo estratificado intermedio.

La figura 17 es un diagrama esquemático que ilustra el tercer cuerpo estratificado intermedio.

Descripción de realizaciones

A continuación se describe con detalle una realización para llevar a cabo la presente invención con referencia a los dibujos adjuntos. La descripción en la siguiente realización no pretende limitar la presente invención. Los componentes descritos a continuación incluyen aquellos que los expertos en la técnica pueden concebir fácilmente y que son sustancialmente los mismos. Además, los componentes descritos a continuación pueden combinarse según sea apropiado.

(Generador de fuente de neutrones)

La figura 1 es un diagrama para explicar un generador de fuente de neutrones que incluye un moderador de neutrones. Tal como se ilustra en la figura 1, el generador de fuente de neutrones incluye un acelerador 100, un transporte 25 de haz, un imán 26 curvadory una unidad 20 de blanco.

El acelerador 100 es un dispositivo para acelerar protones y está dotado de una fuente 21 de iones, un sistema 22 de transporte de haz de baja energía (LEBT) y un tubo 23 de aceleración en este orden de aguas arriba a aguas abajo. La fuente 21 de iones es un dispositivo para convertir protones en cationes. El sistema 22 de transporte de haz de baja energía es una interfaz entre la fuente 21 de iones y el tubo 23 de aceleración.

El transporte 25 de haz es un paso de haz para guiar los protones acelerados por el acelerador 100 hasta la unidad 20 de blanco. El transporte 25 de haz cambia la dirección de desplazamiento de los protones acelerados a través del imán 26 curvador de modo que los protones se guían hasta la unidad 20 de blanco dispuesta en una posición opcional. Tal como se describió anteriormente, el imán 26 curvador se usa para curvar la dirección de desplazamiento de los protones acelerados por el acelerador 100. El transporte 25 de haz puede guiar los protones acelerados por el acelerador 100 hasta la unidad 20 de blanco sin usar el imán 26 curvador.

La unidad 20 de blanco es un dispositivo para generar neutrones mediante una reacción de protones y un blanco 27. La unidad 20 de blanco incluye el blanco 27, un moderador 1 de neutrones, un reflector 29 de neutrones y una parte 28 de irradiación.

El blanco 27 incluye una base (sustrato), tal como de cobre, sobre la que se deposita un material de blanco, tal como una película delgada de litio metálico. El blanco 27 descrito en la realización es un blanco en forma de cono con una película delgada de litio proporcionada en su superficie de pared interior (superficie interior). El blanco no se limita a esta forma. Puede usarse un blanco de cualquier forma, por ejemplo, un blanco en forma de placa con una película delgada de litio en su superficie. El material de blanco puede ser otro material de blanco, tal como berilio. El moderador 1 de neutrones modera los neutrones generados por el blanco 27.

El reflector 29 de neutrones está compuesto por plomo, por ejemplo, y rodea el blanco 27 y el moderador 1 de neutrones para impedir la liberación innecesaria de neutrones al exterior de la unidad 20 de blanco. La parte 28 de irradiación es una abertura para liberar los neutrones moderados por el moderador 1 de neutrones.

La terapia por captura de neutrones, que destruye selectivamente células cancerosas, se ha estudiado recientemente y se ha sometido a prueba clínicamente en instalaciones nucleares. El generador de fuente de neutrones ilustrado en la figura 1 puede proporcionar neutrones sin el uso de un reactor nuclear. En la terapia por captura de neutrones, se prepara un medicamento a partir de un compuesto químico que contiene una sustancia, tal como el isótopo no radiactivo boro-10 (B-10), que provoca fácilmente una reacción nuclear con neutrones térmicos, por ejemplo. El medicamento se administra preliminarmente a un humano para que el medicamento se absorba en una zona en la que existe el cáncer, es decir, sólo en las células cancerosas que coexisten con las células normales. La terapia por captura de neutrones es una terapia contra el cáncer para suprimir selectivamente sólo células cancerosas mediante irradiación, mediante el generador de fuente de neutrones ilustrado en la figura 1, de un sitio canceroso con neutrones (neutrones térmicos y neutrones epitérmicos) de una energía que tiene menos influencia sobre el cuerpo humano.

Es necesario que el moderador 1 de neutrones modere la energía de los neutrones liberados en el intervalo de 10 keV o menos de modo que los neutrones (neutrones térmicos y neutrones epitérmicos) tengan una energía que tenga menos influencia sobre el cuerpo humano. El moderador 1 de neutrones está compuesto por fluoruro de magnesio y modera los neutrones y, por tanto, presenta un alto rendimiento de moderación de neutrones en el intervalo de energía de 20 keV o menos.

La energía efectiva de neutrones usada como radiación para el tratamiento del cáncer recidivante es generalmente de 0,5 eV a 10 keV. Es probable que la energía de neutrones de menos de 0,5 eV afecte a tejidos normales en la superficie de la piel de un cuerpo humano, mientras que la energía de neutrones de más de 10 keV tiene un efecto mayor sobre tejidos normales distintos de los tejidos cancerosos dentro del cuerpo humano. En comparación con un moderador de agua pesada, el moderador 1 de neutrones puede suprimir más neutrones que tienen una energía menor de 0,5 eV de lo que hace el moderador de agua pesada. En comparación con un moderador de politetrafluoroetileno, el moderador 1 de neutrones puede suprimir más neutrones que tienen una energía mayor de 10 keV de lo que hace el moderador de politetrafluoroetileno.

Para que el moderador 1 de neutrones compuesto por fluoruro de magnesio tenga un área de sección transversal de paso predeterminada, es preferible que el fluoruro de magnesio se conforme en una pieza compacta sinterizada. Sin embargo, si una pieza compacta sinterizada de fluoruro de magnesio tiene un tamaño suficiente como moderador 1 de neutrones, se ha encontrado que una pieza compacta sinterizada de fluoruro de magnesio necesita alguna técnica para mantener la calidad de su estado sinterizado. A continuación se describe con detalle el moderador 1 de neutrones con referencia a la figura 2 a la figura 17.

(Moderador de neutrones)

La figura 2 es una vista en perspectiva del moderador de neutrones. La figura 3 es una vista lateral del moderador de neutrones en la figura 2. La figura 4 es una vista desde arriba del moderador de neutrones en la figura 3. La figura 5 es una vista en sección transversal tomada a lo largo de la línea A-A en la figura 3. El moderador 1 de neutrones, tal como se ilustra en la figura 3, es un cuerpo sustancialmente cilíndrico que tiene una superficie 1A superior en el lado del blanco 27 ilustrado en la figura 1, una superficie 1B inferior en el lado de la parte 28 de irradiación ilustrada en la figura 1, y una periferia 1P exterior. Tal como se ilustra en la figura 3, suponiendo que el grosor del moderador 1 de neutrones es un grosor L en la dirección de desplazamiento de los neutrones desde el blanco 27 hasta la parte 28 de irradiación ilustrada en la figura 1, el moderador 1 neutro tiende a tener una relación entre el grosor L y el diámetro D (grosor L/diámetro D) que es del 180% o mayor. Cuando el moderador 1 de neutrones en tal forma se sinteriza como una sola pieza, el interior del moderador 1 de neutrones puede tener una menor densidad relativa debido a una presurización no uniforme. La densidad relativa no uniforme del moderador 1 de neutrones puede afectar a la moderación de neutrones. El moderador 1 de neutrones puede desarrollar grietas o astillas en su parte periférica exterior cuando el tamaño del moderador 1 de neutrones es grande (específicamente, con un diámetro (9) de 150 mm o mayor).

Tal como se ilustra en la figura 4 y la figura 5, la superficie 1A superior del moderador 1 de neutrones tiene una superficie 1C ahusada de una parte 27H hundida en la que se inserta el blanco 27 ilustrado en la figura 1. Tal como se ilustra en la figura 3, el moderador 1 de neutrones tiene una superficie 1T ahusada periférica exterior, cuyo diámetro disminuye hacia la superficie 1B inferior, de modo que el diámetro d de la superficie 1B inferior es menor que el diámetro D de la periferia 1P exterior. Si la superficie 1C ahusada y la superficie 1T ahusada tienen áreas grandes, es difícil fabricar el moderador 1 de neutrones con una forma de alta precisión.

En vista de lo anterior, los inventores estudiaron un método para fabricar una pieza compacta sinterizada de fluoruro de magnesio que tiene un alto rendimiento y menos grietas aplicando un método de sinterización por compresión en estado sólido denominada sinterización por plasma de chispa (SPS) o sinterización por corriente eléctrica pulsada.

La figura 6 es un diagrama de flujo para explicar un método para fabricar el moderador de neutrones según la realización. La figura 7 es un diagrama esquemático que ilustra un dispositivo de sinterización por corriente eléctrica pulsada. Tal como se ilustra en la figura 6, un método para fabricar una pieza compacta sinterizada según la realización incluye un proceso de llenado con polvo S1 y un proceso de sinterización de cuerpos intermedios S2. El método para fabricar el moderador de neutrones según la realización, incluye además en un proceso de estratificación, un primer proceso de estratificación de cuerpos estratificados intermedios S3, un proceso de perforación S4, un segundo proceso de estratificación de cuerpos estratificados intermedios S5, un proceso de ahusamiento de periferia exterior S6, un tercer proceso de estratificación de cuerpos estratificados intermedios S7, y un proceso de ensamblaje de moderador de neutrones S8.

Tal como se ilustra en la figura 7, un dispositivo 30 de sinterización por plasma de chispa incluye una cámara V cuya atmósfera interior puede estar a vacío o purgarse con gas de argón o nitrógeno, un troquel g D de grafito, punzones GP de grafito, espaciadores GS de grafito, vástagos de electrodo de presión y una fuente E de alimentación pulsada de corriente continua. El troquel GD de grafito, los punzones GP de grafito, los espaciadores GS de grafito y los vástagos de electrodo de presión están compuestos por un material conductor tal como acero inoxidable.

La fuente E de alimentación pulsada de corriente continua puede aplicar un pulso de corriente continua ON-OFF (encendido-apagado) a un polvo M de fluoruro de magnesio en el troquel GD de grafito a través del troquel GD de grafito, los punzones GP de grafito y los vástagos de electrodo de presión.

En el método para fabricar la pieza compacta sinterizada según la realización, en el proceso de llenado con polvo S1, se prepara el polvo de fluoruro de magnesio y se llena golpeando.

En el método para fabricar la pieza compacta sinterizada según la realización, en el proceso de sinterización de cuerpos intermedios S2, se realiza la sinterización por corriente eléctrica pulsada para sinterizar mientras se aplica una corriente eléctrica pulsada. El polvo de fluoruro de magnesio en el troquel GD de grafito se comprime para dar una forma de disco con la presión P aplicada por los punzones GP de grafito y los vástagos de electrodo de presión. La figura 8 es una vista lateral de una pieza compacta sinterizada de fluoruro de magnesio en forma de disco. La figura 9 es una vista desde arriba de la pieza compacta sinterizada de fluoruro de magnesio en la figura 8. Una pieza ds compacta sinterizada de fluoruro de magnesio es, por ejemplo, un disco (cuerpo cilíndrico plano) que tiene un grosor t y un diámetro Dt. La relación del grosor t con respecto al diámetro Dt es preferiblemente del 8% al 15%. Esta configuración puede impedir que las piezas ds compactas sinterizadas de fluoruro de magnesio en forma de disco se agrieten o astillen.

Posteriormente, en el método para fabricar el moderador de neutrones según la realización, en el primer proceso de estratificación de cuerpos estratificados intermedios S3, se fabrican y preparan una pluralidad de piezas ds compactas sinterizadas de fluoruro de magnesio en forma de disco como cuerpos intermedios, y luego se estratifican y se unen a lo largo su grosor en el primer proceso de estratificación de cuerpos estratificados intermedios S3.

La figura 10 es un diagrama para explicar un estado estratificado de cuerpos intermedios de un primer cuerpo estratificado intermedio según la realización. La figura 11 es un diagrama esquemático que ilustra el primer cuerpo estratificado intermedio. Tal como se ilustra en la figura 10, todas las piezas ds compactas sinterizadas de fluoruro de magnesio en forma de disco no tienen necesariamente el mismo grosor. Por ejemplo, una superficie 2a de una de las piezas ds compactas sinterizadas de fluoruro de magnesio en forma de disco dispuestas en la parte superior puede rasparse de modo que quede expuesta una superficie 2A superior. Además, una superficie 2b de una de las piezas ds compactas sinterizadas de fluoruro de magnesio en forma de disco dispuestas en la parte inferior puede rasparse de modo que quede expuesta una superficie 2B inferior. Después de eso, en el método para fabricar el moderador de neutrones según la realización, un primer cuerpo 2 estratificado intermedio ilustrado en la figura 11 se fabrica en el proceso de estratificación. El primer cuerpo 2 estratificado intermedio tiene una forma cilíndrica.

Posteriormente, en el método para fabricar el moderador de neutrones según la realización, en el proceso de perforación S4 en el proceso de estratificación, se perforan una pluralidad de piezas ds compactas sinterizadas de fluoruro de magnesio en forma de disco en las partes centrales de sus superficies superiores. La figura 12 es un diagrama para explicar un estado estratificado de cuerpos intermedios de un segundo cuerpo estratificado intermedio. La figura 13 es un diagrama para explicar un proceso de mecanizado para fabricar el segundo cuerpo estratificado intermedio. La figura 14 es un diagrama esquemático que ilustra el segundo cuerpo estratificado intermedio.

La superficie 1C ahusada debe alisarse tal como se ilustra en la figura 12. Tal como se ilustra en la figura 13, en el proceso de mecanizado, una de las piezas ds compactas sinterizadas de fluoruro de magnesio en forma de disco se perfora para formar la superficie 1C ahusada con una perforadora 40 que rota mientras se hace girar en espiral. Cuando se perfora la pieza ds compacta sinterizada de fluoruro de magnesio desde una superficie, tiende a producirse agrietamiento o astillado inmediatamente antes de que la perforadora 40 penetre en la otra superficie. Por este motivo, es preferible que el giro en espiral de la perforadora 40 de un dispositivo de corte se detenga inmediatamente antes de que la perforadora 40 penetre en la otra superficie de la pieza ds compacta sinterizada de fluoruro de magnesio, y la perforadora 40 se mueva linealmente a lo largo de la dirección del grosor. Haciendo esto y tal como se ilustra en la figura 12, es posible conformar una pared 3S interior vertical que se extiende en una dirección vertical a través de la superficie 1C ahusada y una superficie 3B inferior de una pieza ds compacta sinterizada de fluoruro de magnesio en forma de disco y, así, este proceso asegura el grosor de una porción procesada finalmente de la superficie 1C ahusada, lo que impide el agrietamiento y astillado.

Posteriormente, en el método para fabricar el moderador de neutrones según la realización, en el proceso de estratificación, se fabrican las piezas ds compactas sinterizadas de fluoruro de magnesio en forma de disco que se han perforado en el proceso de perforación S4 y se preparan como cuerpos intermedios, y luego se estratifican y unen conjuntamente a lo largo de la dirección del grosor en el segundo proceso de estratificación de cuerpos estratificados intermedios S5.

Tal como se ilustra en la figura 12, todas las piezas ds compactas sinterizadas de fluoruro de magnesio en forma de disco no tienen necesariamente el mismo grosor. Por ejemplo, una superficie 3a de una de las piezas ds compactas sinterizadas de fluoruro de magnesio en forma de disco dispuestas en la parte superior puede rasparse de modo que quede expuesta una superficie 3A superior mientras que un saliente 3Q permanece alrededor de un borde de la superficie 1C ahusada. Tal como se describió anteriormente, en el método para fabricar el moderador de neutrones según la realización, un segundo cuerpo 3 estratificado intermedio ilustrado en la figura 14 se fabrica en el proceso de estratificación. El segundo cuerpo 3 estratificado intermedio tiene una forma exterior cilíndrica. Un ángulo a de la superficie 1C ahusada es preferiblemente un ángulo constante considerando el orden de las piezas ds compactas de fluoruro de magnesio en forma de disco que van a estratificarse.

Posteriormente, en el método para fabricar el moderador de neutrones según la realización, en el proceso de ahusamiento de periferia exterior S6, una pluralidad de piezas ds compactas sinterizadas de fluoruro de magnesio en forma de disco se ahusan en sus partes periféricas exteriores. La figura 15 es un diagrama para explicar un estado estratificado de cuerpos intermedios de un tercer cuerpo estratificado intermedio. La figura 16 es un diagrama para explicar un proceso de mecanizado para fabricar el tercer cuerpo estratificado intermedio. La figura 17 es un diagrama esquemático que ilustra el tercer cuerpo estratificado intermedio.

La superficie 1T ahusada debe alisarse tal como se ilustra en la figura 15. Tal como se ilustra en la figura 16, en el proceso de mecanizado, una de las piezas ds compactas sinterizadas de fluoruro de magnesio en forma de disco se mecaniza para formar la superficie 1T ahusada presionándose la perforadora 40 contra la pieza ds compacta sinterizada de fluoruro de magnesio en forma de disco desde su periferia exterior. La pieza ds compacta sinterizada de fluoruro de magnesio puede tener una porción 4S cilíndrica tal como se ilustra en la figura 15. Un ángulo p de la superficie 1T ahusada es preferiblemente un ángulo constante considerando el orden de las piezas ds compactas de fluoruro de magnesio en forma de disco que van a estratificarse.

Posteriormente, en el método para fabricar el moderador de neutrones según la realización, en el proceso de estratificación, se fabrican las piezas ds compactas sinterizadas de fluoruro de magnesio en forma de disco que se han ahusado en sus periferias exteriores en el proceso de ahusamiento de periferia exterior S6 y se preparan como cuerpos intermedios, y luego se estratifican y unen conjuntamente a lo largo de la dirección del grosor en el tercer proceso de estratificación de cuerpos estratificados intermedios S7.

En el método para fabricar el moderador de neutrones según la realización, un tercer cuerpo 4 estratificado intermedio ilustrado en la figura 17 se fabrica en el proceso de estratificación. El tercer cuerpo 4 estratificado intermedio tiene una forma exterior sustancialmente cónica que tiene una superficie 4A superior, una superficie 4B inferior y la superficie 1T ahusada.

Después de eso, en el método para fabricar el moderador de neutrones según la realización, la superficie 2A superior del primer cuerpo 2 estratificado intermedio y la superficie 3B inferior del segundo cuerpo 3 estratificado intermedio se unen conjuntamente en el proceso de ensamblaje de moderador de neutrones S8. La superficie 3A superior del segundo cuerpo 3 estratificado intermedio se convierte en la superficie 1A superior del moderador de neutrones. Además, la superficie 2B inferior del primer cuerpo 2 estratificado intermedio y la superficie 4A superior del tercer cuerpo 4 estratificado intermedio se unen conjuntamente. La superficie 4B inferior del tercer cuerpo 4 estratificado intermedio se convierte en la superficie 1B inferior del moderador de neutrones. El moderador 1 de neutrones se fabrica estratificando el primer cuerpo 2 estratificado intermedio, el segundo cuerpo 3 estratificado intermedio y el tercer cuerpo 4 estratificado intermedio.

Tal como se describió anteriormente, el método para fabricar una pieza compacta sinterizada de fluoruro de magnesio incluye el proceso de llenado con polvo S1 para llenar con un material de polvo de fluoruro de magnesio un troquel golpeando, y el proceso de sinterización de cuerpos intermedios (sinterización por corriente eléctrica pulsada) S2 para realizar sinterización por corriente eléctrica pulsada para sinterizar el material de polvo de fluoruro de magnesio llenado mientras se aplica una corriente eléctrica pulsada al mismo, para obtener una pieza compacta sinterizada de fluoruro de magnesio (cuerpo intermedio). Este método de fabricación proporciona una pieza ds compacta sinterizada de fluoruro de magnesio que tiene menos variación en la distribución del tamaño de grano y suprime el crecimiento del grano, lo que impide el agrietamiento y astillado mientras aumenta la densidad relativa.

El material de polvo de fluoruro de magnesio llenado en el proceso de llenado con polvo S1 es un material de alta pureza que tiene una pureza del 99 por ciento en masa o mayor, pero puede contener impurezas inevitables. Una pieza ds compacta sinterizada de fluoruro de magnesio compuesta portal material puede suprimir los neutrones que tienen una energía menor de 0,5 eV. Además, la pieza ds compacta sinterizada de fluoruro de magnesio puede suprimir los neutrones que tienen una energía mayor de 10 keV.

El método para fabricar un moderador de neutrones incluye un proceso de preparación para preparar piezas ds compactas sinterizadas de fluoruro de magnesio en forma de disco fabricadas mediante el método para fabricar una pieza compacta sinterizada de fluoruro de magnesio descrito anteriormente, y el proceso de estratificación para estratificar y unir las piezas ds compactas sinterizadas de fluoruro de magnesio en forma de disco para fabricar el moderador 1 de neutrones. Este método elimina la necesidad de sinterizar una pieza ds compacta sinterizada de fluoruro de magnesio grande y gruesa y, por tanto, puede reducir la posibilidad de disminuir la densidad relativa dentro del moderador 1 de neutrones.

Cuando el moderador 1 de neutrones incluye el primer cuerpo 2 estratificado intermedio en el que se estratifican las piezas ds compactas sinterizadas de fluoruro de magnesio en forma de disco, el moderador 1 de neutrones también incluye el segundo cuerpo 3 estratificado intermedio que contiene al menos un cuerpo intermedio obtenido en el proceso de mecanizado mediante perforación una pieza ds compacta sinterizada de fluoruro de magnesio. Mediante este método de fabricación, las piezas ds compactas sinterizadas de fluoruro de magnesio en forma de disco con baja capacidad de procesamiento pueden adelgazarse, de ese modo resulta fácil penetrar con precisión en los orificios de las piezas ds compactas sinterizadas de fluoruro de magnesio respectivas.

En caso de que el moderador 1 de neutrones incluya el primer cuerpo 2 estratificado intermedio en el que se estratifican las piezas ds compactas sinterizadas de fluoruro de magnesio en forma de disco, el moderador 1 de neutrones también incluye el tercer cuerpo 4 estratificado intermedio que contiene al menos un cuerpo intermedio obtenido en el proceso de mecanizado ahusando la periferia exterior de una pieza ds compacta sinterizada de fluoruro de magnesio. Mediante este método de fabricación, las piezas ds compactas sinterizadas de fluoruro de magnesio en forma de disco se adelgazan, mejorando la precisión en el procesamiento de las piezas ds compactas sinterizadas de fluoruro de magnesio que son propensas a agrietarse o astillarse en sus periferias exteriores.

El moderador 1 de neutrones incluye el primer cuerpo 2 estratificado intermedio en el que se estratifican una pluralidad de piezas ds compactas sinterizadas de fluoruro de magnesio en forma de disco. El moderador 1 de neutrones puede suprimir los neutrones que tienen una energía menor de 0,5 eV usando las piezas ds compactas sinterizadas de fluoruro de magnesio para que estén libres de grietas y astillado y tengan una alta densidad relativa. El moderador 1 de neutrones también puede suprimir los neutrones que tienen una energía mayor de 10 keV usando las piezas compactas sinterizadas de fluoruro de magnesio ds para que estén libres de grietas y astillado y tengan una alta densidad relativa.

El moderador 1 de neutrones contiene el primer cuerpo 2 estratificado intermedio, el segundo cuerpo 3 estratificado intermedio y el tercer cuerpo 4 estratificado intermedio que se estratifican y, por tanto, presenta un rendimiento uniforme para moderar neutrones en uno cualquiera del primer cuerpo 2 estratificado intermedio, el segundo cuerpo 3 estratificado intermedio y el tercer cuerpo 4 estratificado intermedio.

(Ejemplos)

Para obtener muestras, se llenó con un polvo de fluoruro de magnesio (fabricado por Morita Chemical Industries Co., Ltd.) con una pureza del 99% o mayor un recipiente de troquel que tenía un volumen interno de un diámetro 9 (mm) * grosor (mm), y luego se realizó el llenado con polvo golpeando.

Posteriormente, se colocó el recipiente lleno con el polvo de fluoruro de magnesio en un dispositivo de sinterización por plasma de chispa y se creó una atmósfera de vacío como atmósfera de sinterización mediante descompresión. Se comprobó el agrietamiento en condiciones de presurización constantes y variables. Los ejemplos y ejemplos comparativos se sometieron a prueba en las mismas condiciones de corriente eléctrica de suministro de una corriente eléctrica pulsada que tiene la salida de corriente máxima de aproximadamente 18.000 A. Se calentó el polvo de fluoruro de magnesio a una velocidad de calentamiento que osciló entre 1°C/min y 15°C/min hasta que alcanzó una temperatura de mantenimiento de entre 630°C y 900°C. Se estableció un tiempo de mantenimiento en un valor que osciló entre 15 minutos y 240 minutos. Después de comprobar el agrietamiento, se tomaron muestras libres de grietas como ejemplos, mientras que se tomaron muestras con grietas como ejemplos comparativos.

Según los hallazgos de los ejemplos, la velocidad de calentamiento está en el intervalo de 1°C/min a 7°C/min. Si la velocidad de calentamiento del troquel es mayor de 7°C/min, la diferencia de temperatura entre el interior y el exterior de la pieza compacta sinterizada de fluoruro de magnesio se vuelve grande, lo que conduce a problemas de una gran diferencia en los tamaños de grano y problemas de agrietamiento. Por otro lado, si la velocidad de calentamiento es de 7°C/min o menor, es posible calentar la pieza compacta sinterizada de fluoruro de magnesio sin provocar una diferencia tan grande en el tamaño de los granos. Como resultado, puede impedirse el agrietamiento de la pieza compacta sinterizada. Sin embargo, si la velocidad de aumento de temperatura es menor de 1°C/min, el calentamiento lleva más tiempo, lo que provoca un problema de eficiencia de fabricación.

Según los hallazgos de los ejemplos, el polvo de fluoruro de magnesio no se limita a un polvo específico siempre que tenga una alta pureza y una concentración del 99,0% o mayor. Puede usarse un polvo de fluoruro de magnesio general, tal como un polvo obtenido, por ejemplo, añadiendo ácido fluorhídrico a una resina de intercambio catiónico, uno de cuyos grupos de intercambio catiónico es generalmente magnesio, y luego extrayendo y pulverizando las partículas de fluoruro de magnesio producidas.

Según los hallazgos de los ejemplos, la condición de presurización para el método para fabricar la pieza compacta sinterizada de fluoruro de magnesio es preferiblemente de aproximadamente 20 MPa. Si la condición de presurización es menor de 20 MPa, el polvo de fluoruro de magnesio no se comprime lo suficiente y quedan grandes espacios entre las partículas de polvo, lo que puede provocar agrietamiento en la pieza compacta sinterizada de fluoruro de magnesio. Si la condición de presurización es mayor de 20 MPa, la periferia exterior de la pieza compacta sinterizada de fluoruro de magnesio puede ser propensa a dañarse. Si la condición de presurización es mayor de 20 MPa, existe un problema en la especificación de un dispositivo de fabricación en el sentido de que la aplicación de alta presión sobre una pieza compacta sinterizada de fluoruro de magnesio de gran tamaño es difícil a la luz del rendimiento del dispositivo. La sinterización se realiza preferiblemente en condiciones de presurización constante porque la estructura cristalina de una pieza compacta sinterizada es fácil que sea uniforme.

Según los hallazgos de los ejemplos, la temperatura de mantenimiento para el método para fabricar la pieza compacta sinterizada de fluoruro de magnesio es preferiblemente de 650 a 800°C. Una temperatura de mantenimiento menor de 650°C requiere un tiempo de mantenimiento más largo para obtener granos de cristal uniformes, mientras que una temperatura de mantenimiento mayor de 800°C no es rentable, porque el efecto se satura.

Según los hallazgos de los ejemplos, el tiempo de mantenimiento del calentamiento del troquel para el método para fabricar la pieza compacta sinterizada de fluoruro de magnesio es preferiblemente de 45 minutos o mayor. Un tiempo de espera de más de 180 minutos puede aumentar el coste de fabricación, porque el efecto se satura.

Según los hallazgos de los ejemplos, puede lograrse una densidad relativa del 99% o mayor.

Lista de símbolos de referencia

1 Moderador de neutrones

2 Primer cuerpo estratificado intermedio

3 Segunda carrocería estratificado intermedio

4 Tercer cuerpo estratificado intermedio

20 Unidad de blanco

21 Fuente de iones

22 Sistema de transporte de haz de baja energía

23 Tubo de aceleración

25 Transporte de haz

26 Imán curvador

27 Blanco

28 Parte de irradiación

29 Reflector de neutrones

30 Dispositivo de sinterización por plasma de chispa 40 Perforadora

100 Acelerador

ds Pieza compacta sinterizada de fluoruro de magnesio E Fuente de alimentación pulsada de corriente continua GD Troquel de grafito

GP Punzón de grafito

GS Espaciador de grafito

Claims

REIVINDICACIONES

i. Método para fabricar una pieza (ds) compacta sinterizada de fluoruro de magnesio, comprendiendo el método:

llenar con un material de polvo de fluoruro de magnesio mediante golpeo un troquel; y

realizar sinterización por corriente eléctrica pulsada para sinterizar el material de polvo de fluoruro de magnesio llenado mientras se aplica una corriente eléctrica pulsada al mismo, para obtener una pieza compacta sinterizada de fluoruro de magnesio, en el que

la velocidad de calentamiento del troquel es de 1°C/min a 7°C/min.
2. Método para fabricar una pieza compacta sinterizada de fluoruro de magnesio según la reivindicación 1, en el que, en el llenado con polvo, el material de polvo de fluoruro de magnesio es un material de alta pureza que tiene una pureza del 99 por ciento en masa o mayor, y el resto del mismo contiene impurezas inevitables.
3. Método para fabricar un moderador (1) de neutrones, comprendiendo el método:

preparar una pluralidad de piezas (ds) compactas sinterizadas de fluoruro de magnesio en forma de disco fabricadas mediante el método para fabricar una pieza compacta sinterizada de fluoruro de magnesio según la reivindicación 1 ó 2; y

estratificar y unir las piezas compactas sinterizadas de fluoruro de magnesio en forma de disco para fabricar un moderador de neutrones.
4. Método para fabricar un moderador de neutrones según la reivindicación 3, en el que en la estratificación y unión, cuando las piezas compactas sinterizadas de fluoruro de magnesio en forma de disco se usan como cuerpos intermedios, se estratifica al menos un segundo cuerpo (3) estratificado intermedio, obteniéndose el segundo cuerpo estratificado intermedio realizando además un proceso de producción de orificios, preferiblemente perforando los cuerpos intermedios.
5. Método para fabricar un moderador de neutrones según la reivindicación 4, en el que en la estratificación y unión, cuando las piezas compactas sinterizadas de fluoruro de magnesio en forma de disco se usan como cuerpos intermedios, se estratifica al menos un tercer cuerpo (4) estratificado intermedio, obteniéndose el tercer cuerpo estratificado intermedio ahusando una periferia exterior de los cuerpos intermedios.
6. Método para fabricar un moderador de neutrones según la reivindicación 5, en el que en la estratificación y unión, se fabrica un moderador de neutrones estratificando un primer cuerpo (2) estratificado intermedio, el segundo cuerpo (3) estratificado intermedio y el tercer cuerpo (4) estratificado intermedio.