JP2000180600A - 固体ターゲット及び中性子発生装置 - Google Patents
固体ターゲット及び中性子発生装置Info
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- JP2000180600A JP2000180600A JP10352267A JP35226798A JP2000180600A JP 2000180600 A JP2000180600 A JP 2000180600A JP 10352267 A JP10352267 A JP 10352267A JP 35226798 A JP35226798 A JP 35226798A JP 2000180600 A JP2000180600 A JP 2000180600A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】陽子線入射窓の形状を変えることにより耐圧性
能を向上し、大出力時にも冷却性能を維持できるよう
な、薄肉構造の陽子線入射窓を備えた固体ターゲットを
提供すること。 【解決手段】ターゲット容器２の内部に、ターゲット支
持板６にターゲット板４をはめ込んだターゲットを複数
枚重ね合わせた中性子源固体ターゲットにおいて、陽子
線入射窓３の形状を、ターゲット容器２の内部方向に曲
率を持った半円筒形状とし、さらに低発熱部分のターゲ
ット容器２の厚さを発熱密度に反比例させて厚くした。
能を向上し、大出力時にも冷却性能を維持できるよう
な、薄肉構造の陽子線入射窓を備えた固体ターゲットを
提供すること。 【解決手段】ターゲット容器２の内部に、ターゲット支
持板６にターゲット板４をはめ込んだターゲットを複数
枚重ね合わせた中性子源固体ターゲットにおいて、陽子
線入射窓３の形状を、ターゲット容器２の内部方向に曲
率を持った半円筒形状とし、さらに低発熱部分のターゲ
ット容器２の厚さを発熱密度に反比例させて厚くした。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高エネルギーの陽
子線などを固体重金属に照射して、核破砕反応により高
密度の中性子を発生させる固体ターゲット及び中性子発
生装置に関する。
子線などを固体重金属に照射して、核破砕反応により高
密度の中性子を発生させる固体ターゲット及び中性子発
生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】高エネルギーの陽子線を重金属ターゲッ
トに照射して、核破砕反応により高密度の中性子を発生
させる中性子発生装置は、入射エネルギーに対して最も
多くの中性子を発生させることができ、原子炉に比べて
設備が簡素である。このため、中性子を利用する生命科
学，物質・材料研究，核物理，医療など多分野での利用
を目的として、欧州，米国，日本など世界的に大出力化
した中性子発生装置の建設が計画されている。
トに照射して、核破砕反応により高密度の中性子を発生
させる中性子発生装置は、入射エネルギーに対して最も
多くの中性子を発生させることができ、原子炉に比べて
設備が簡素である。このため、中性子を利用する生命科
学，物質・材料研究，核物理，医療など多分野での利用
を目的として、欧州，米国，日本など世界的に大出力化
した中性子発生装置の建設が計画されている。
【０００３】従来、ターゲット材料には、ウラン，タン
タル，タングステンなどの固体重金属が使用されてい
る。このような固体ターゲットの構造に関する従来技術
として、例えば、“Prospects for Targets and Methan
e Moderators at ISIS”，T.A.Broome,13th Meeting of
the International Collaboration on AdvancedNeutro
n Sources,October 11−14,1995 に記載のものがある。
タル，タングステンなどの固体重金属が使用されてい
る。このような固体ターゲットの構造に関する従来技術
として、例えば、“Prospects for Targets and Methan
e Moderators at ISIS”，T.A.Broome,13th Meeting of
the International Collaboration on AdvancedNeutro
n Sources,October 11−14,1995 に記載のものがある。
【０００４】この固体ターゲットは、現在、世界最高の
１６０ｋＷの出力を持った英国のラザフォード・アップ
ルトン研究所で稼働中のものである。ターゲットは核破
砕反応により発熱するので、平板状ターゲットを陽子線
入射方向に複数枚並べたターゲット集合体を内蔵するタ
ーゲット容器に冷却水を循環して、各ターゲット板の間
隙に冷却水を流通することによりターゲット板を冷却し
ている。
１６０ｋＷの出力を持った英国のラザフォード・アップ
ルトン研究所で稼働中のものである。ターゲットは核破
砕反応により発熱するので、平板状ターゲットを陽子線
入射方向に複数枚並べたターゲット集合体を内蔵するタ
ーゲット容器に冷却水を循環して、各ターゲット板の間
隙に冷却水を流通することによりターゲット板を冷却し
ている。
【０００５】ターゲット容器の陽子線入射側には平板状
の陽子線入射窓が取り付けられている。陽子線入射窓は
片面冷却となるので、冷却性を確保するために肉厚を薄
くして発熱量を抑えている。
の陽子線入射窓が取り付けられている。陽子線入射窓は
片面冷却となるので、冷却性を確保するために肉厚を薄
くして発熱量を抑えている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】現在、計画されている
中性子発生装置は、陽子線出力が従来より一桁大きく、
上記の従来技術を適用した場合、以下の問題が発生す
る。ターゲットの発熱は出力増大に伴って大きくなるの
で、大出力ターゲットを十分冷却するには、冷却水流速
を従来より大きくして、ターゲット表面の熱伝達率を大
きくする必要がある。一方、ターゲット容器内での冷却
水の圧力損失は流速の２乗に比例するので、冷却水の運
転圧力を従来より高く設定しなければならない。この場
合、ターゲット容器の耐圧性能を維持するには容器の肉
厚を厚くする必要がある。
中性子発生装置は、陽子線出力が従来より一桁大きく、
上記の従来技術を適用した場合、以下の問題が発生す
る。ターゲットの発熱は出力増大に伴って大きくなるの
で、大出力ターゲットを十分冷却するには、冷却水流速
を従来より大きくして、ターゲット表面の熱伝達率を大
きくする必要がある。一方、ターゲット容器内での冷却
水の圧力損失は流速の２乗に比例するので、冷却水の運
転圧力を従来より高く設定しなければならない。この場
合、ターゲット容器の耐圧性能を維持するには容器の肉
厚を厚くする必要がある。
【０００７】しかしながら、陽子線照射による発熱量は
構造材の厚さと発熱密度に比例するので、大出力陽子線
の入射窓を厚肉構造とすると発熱量が過大となり、その
冷却が困難となる。従って、陽子線入射窓の肉厚をなる
べく薄くする必要があるが、従来の平板構造では、ター
ゲット容器の耐圧性能の維持が困難になる。
構造材の厚さと発熱密度に比例するので、大出力陽子線
の入射窓を厚肉構造とすると発熱量が過大となり、その
冷却が困難となる。従って、陽子線入射窓の肉厚をなる
べく薄くする必要があるが、従来の平板構造では、ター
ゲット容器の耐圧性能の維持が困難になる。
【０００８】本発明の目的は、ターゲット容器の耐圧性
能を維持しつつ、陽子線入射窓の肉厚を薄くして冷却性
能を向上できる固体ターゲット及びこれを用いた中性子
発生装置を提供することにある。
能を維持しつつ、陽子線入射窓の肉厚を薄くして冷却性
能を向上できる固体ターゲット及びこれを用いた中性子
発生装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の請求項１の発明は、高エネルギーの陽子線を固体状の
重金属に照射して核破砕反応により高密度の中性子を発
生させ、重金属を内蔵するターゲット容器内に冷却材を
循環して重金属を冷却する方式の固体ターゲットにおい
て、陽子線入射によるターゲット容器の発熱部分を曲率
を有する構造としたことを特徴とする。
の請求項１の発明は、高エネルギーの陽子線を固体状の
重金属に照射して核破砕反応により高密度の中性子を発
生させ、重金属を内蔵するターゲット容器内に冷却材を
循環して重金属を冷却する方式の固体ターゲットにおい
て、陽子線入射によるターゲット容器の発熱部分を曲率
を有する構造としたことを特徴とする。
【００１０】上記目的を達成するための請求項２の発明
は、高エネルギーの陽子線を固体状の重金属に照射して
核破砕反応により高密度の中性子を発生させ、重金属を
内蔵するターゲット容器内に冷却材を循環して重金属を
冷却する方式の固体ターゲットにおいて、陽子線入射に
よるターゲット容器の発熱部分の厚さを発熱密度に反比
例して変化させたことを特徴とする。
は、高エネルギーの陽子線を固体状の重金属に照射して
核破砕反応により高密度の中性子を発生させ、重金属を
内蔵するターゲット容器内に冷却材を循環して重金属を
冷却する方式の固体ターゲットにおいて、陽子線入射に
よるターゲット容器の発熱部分の厚さを発熱密度に反比
例して変化させたことを特徴とする。
【００１１】上記目的を達成するための請求項３の発明
は、固体ターゲットと冷却材の冷却設備とを備えた中性
子発生装置において、冷却設備は、冷却材及び加圧気体
を内蔵した冷却材タンクと、冷却材タンクから固体ター
ゲットに冷却材を供給する循環ポンプと、固体ターゲッ
トから排出された冷却材を冷却する冷却器と、冷却器で
冷却された冷却材を浄化する浄化装置とを備え、固体タ
ーゲットには、請求項１又は請求項２の発明による固体
ターゲットを使用したことを特徴とする。
は、固体ターゲットと冷却材の冷却設備とを備えた中性
子発生装置において、冷却設備は、冷却材及び加圧気体
を内蔵した冷却材タンクと、冷却材タンクから固体ター
ゲットに冷却材を供給する循環ポンプと、固体ターゲッ
トから排出された冷却材を冷却する冷却器と、冷却器で
冷却された冷却材を浄化する浄化装置とを備え、固体タ
ーゲットには、請求項１又は請求項２の発明による固体
ターゲットを使用したことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明による固体ターゲッ
ト及び中性子発生装置について、図面を用いて詳細に説
明する。
ト及び中性子発生装置について、図面を用いて詳細に説
明する。
【００１３】図１は、本発明による固体ターゲットの第
１実施例の陽子線入射窓３付近の縦断面を示している。
陽子線１がターゲット容器２の左側から入射する。ター
ゲット容器２の内部には、タンタルやタングステンなど
の固体重金属を使用した複数の平板状のターゲット板４
と窓部用に変形した複数のターゲット板１６とが、冷却
材流路５を挾んで陽子線入射方向（図１の横方向）に並
んでいる。冷却材流路５は、各ターゲット支持板６及び
１７により各ターゲット板４及び１６の間に設けられた
ギャップとして構成されている。ターゲット支持板６及
び１７は、ターゲット固定上板７とターゲット固定下板
８で固定され、ターゲット集合体を構成している。
１実施例の陽子線入射窓３付近の縦断面を示している。
陽子線１がターゲット容器２の左側から入射する。ター
ゲット容器２の内部には、タンタルやタングステンなど
の固体重金属を使用した複数の平板状のターゲット板４
と窓部用に変形した複数のターゲット板１６とが、冷却
材流路５を挾んで陽子線入射方向（図１の横方向）に並
んでいる。冷却材流路５は、各ターゲット支持板６及び
１７により各ターゲット板４及び１６の間に設けられた
ギャップとして構成されている。ターゲット支持板６及
び１７は、ターゲット固定上板７とターゲット固定下板
８で固定され、ターゲット集合体を構成している。
【００１４】陽子線１が１００ＭｅＶ以上のエネルギー
でターゲット板４及び１６に入射すると、核破砕反応に
より中性子が発生し、ターゲット板４及び１６は発熱す
る。そこで、各冷却材流路５に冷却材を強制的に流すこ
とにより各ターゲット板４及び１６を冷却する。冷却材
は発生した中性子を吸収してしまうので、冷却材流路５
の幅（ターゲット板の間隔）をなるべく狭くして冷却材
の体積割合を減らし、中性子の利用効率を向上してい
る。
でターゲット板４及び１６に入射すると、核破砕反応に
より中性子が発生し、ターゲット板４及び１６は発熱す
る。そこで、各冷却材流路５に冷却材を強制的に流すこ
とにより各ターゲット板４及び１６を冷却する。冷却材
は発生した中性子を吸収してしまうので、冷却材流路５
の幅（ターゲット板の間隔）をなるべく狭くして冷却材
の体積割合を減らし、中性子の利用効率を向上してい
る。
【００１５】例えば、出力が１.５ＭＷ の固体ターゲッ
トの場合、ターゲット板での発熱密度が約１ｋＷ／cm3
と非常に高いので、ターゲット表面の熱伝達を良くする
ため冷却材を高速で流す必要がある。ところが、上記理
由により冷却材流路５の幅は約１〜２mmと非常に狭いの
で、冷却材の圧力損失が大きい。従って、ターゲット入
口では冷却材の運転圧力を１０気圧程度にする必要があ
る。
トの場合、ターゲット板での発熱密度が約１ｋＷ／cm3
と非常に高いので、ターゲット表面の熱伝達を良くする
ため冷却材を高速で流す必要がある。ところが、上記理
由により冷却材流路５の幅は約１〜２mmと非常に狭いの
で、冷却材の圧力損失が大きい。従って、ターゲット入
口では冷却材の運転圧力を１０気圧程度にする必要があ
る。
【００１６】ターゲット容器２は上記運転条件に対する
耐圧性能を維持する必要があるが、陽子線入射窓３はタ
ーゲット板４及び１６と同様に発熱し、また内側だけの
冷却となるので、厚肉構造にすると十分な冷却が不可能
となる。そこで、本実施例の固体ターゲットでは、陽子
線入射窓３を半円筒形状にして容器内部に向かって曲率
を持たせることにより、平板形状の場合に比べて約１／
４の肉厚で耐圧性能を維持できる構造となっている。
耐圧性能を維持する必要があるが、陽子線入射窓３はタ
ーゲット板４及び１６と同様に発熱し、また内側だけの
冷却となるので、厚肉構造にすると十分な冷却が不可能
となる。そこで、本実施例の固体ターゲットでは、陽子
線入射窓３を半円筒形状にして容器内部に向かって曲率
を持たせることにより、平板形状の場合に比べて約１／
４の肉厚で耐圧性能を維持できる構造となっている。
【００１７】図２は、図１の固体ターゲットを陽子線入
射側から見た構造図を示している。発熱領域２０は、陽
子線入射窓３とテーパ部１５に広がっている。図３は陽
子線中心からの上下方向距離に対する発熱密度の相対値
を示しており、陽子線入射領域の外側では、発熱密度は
急激に低下することが判る。そこで図１のように、陽子
線入射領域外側の発熱部分のターゲット容器の肉厚に、
発熱密度に反比例するようにテーパを付け、陽子線入射
窓３より厚肉構造にして、ターゲット容器の耐圧性能を
さらに向上している。
射側から見た構造図を示している。発熱領域２０は、陽
子線入射窓３とテーパ部１５に広がっている。図３は陽
子線中心からの上下方向距離に対する発熱密度の相対値
を示しており、陽子線入射領域の外側では、発熱密度は
急激に低下することが判る。そこで図１のように、陽子
線入射領域外側の発熱部分のターゲット容器の肉厚に、
発熱密度に反比例するようにテーパを付け、陽子線入射
窓３より厚肉構造にして、ターゲット容器の耐圧性能を
さらに向上している。
【００１８】ターゲット板４は、図７に示すように、上
下部分がターゲット板４よりも冷却材流路の幅分だけ厚
いターゲット支持板６にはめ込まれている。これを陽子
線入射方向に重ね合わせて、ターゲット固定上板７とタ
ーゲット固定下板８で挾んで溶接することにより、冷却
材流路付きの強固なターゲット集合体を容易に構成する
ことができる。この構造を、図５に図１のＢ−Ｂ断面図
として示す。ターゲット集合体はターゲット容器２の内
部に設けた凹部２ａに沿って挿入され、冷却材入口側流
路１０と冷却材出口側流路１１を構成している。冷却材
入口側流路１０から流入してきた冷却材は、図１の各冷
却材流路５を流れてターゲット板４を冷却した後、冷却
材出口側流路１１に流出する。
下部分がターゲット板４よりも冷却材流路の幅分だけ厚
いターゲット支持板６にはめ込まれている。これを陽子
線入射方向に重ね合わせて、ターゲット固定上板７とタ
ーゲット固定下板８で挾んで溶接することにより、冷却
材流路付きの強固なターゲット集合体を容易に構成する
ことができる。この構造を、図５に図１のＢ−Ｂ断面図
として示す。ターゲット集合体はターゲット容器２の内
部に設けた凹部２ａに沿って挿入され、冷却材入口側流
路１０と冷却材出口側流路１１を構成している。冷却材
入口側流路１０から流入してきた冷却材は、図１の各冷
却材流路５を流れてターゲット板４を冷却した後、冷却
材出口側流路１１に流出する。
【００１９】図６に、陽子線入射窓３付近に使用するタ
ーゲット板１６の形状を示す。ターゲット板１６は、陽
子線入射窓３に接触しない高さになるように寸法が決め
られており、ターゲット支持板１７の上下の枠にはめ込
まれている。
ーゲット板１６の形状を示す。ターゲット板１６は、陽
子線入射窓３に接触しない高さになるように寸法が決め
られており、ターゲット支持板１７の上下の枠にはめ込
まれている。
【００２０】図６に示すように、ターゲット支持板１７
は、図７のターゲット支持板６の左右両端の枠が外側に
張り出した構造をしており、張り出し部１７ａの厚さは
上下の枠と同じように、ターゲット板１６の厚さに冷却
材流路５の厚さを加えたものになっている。
は、図７のターゲット支持板６の左右両端の枠が外側に
張り出した構造をしており、張り出し部１７ａの厚さは
上下の枠と同じように、ターゲット板１６の厚さに冷却
材流路５の厚さを加えたものになっている。
【００２１】張り出し部１７ａの断面形状を、図１のＡ
−Ａ断面を示す図４を用いて説明する。張り出し部１７
ａの幅は、図４に示すように、張り出し部１７ａがター
ゲット容器２の内側側面に接するように設定されてい
る。張り出し部１７ａの高さは、図４に示すように、陽
子線入射窓３の高さ方向の下端から上端の間の領域に対
応させて設定されている。
−Ａ断面を示す図４を用いて説明する。張り出し部１７
ａの幅は、図４に示すように、張り出し部１７ａがター
ゲット容器２の内側側面に接するように設定されてい
る。張り出し部１７ａの高さは、図４に示すように、陽
子線入射窓３の高さ方向の下端から上端の間の領域に対
応させて設定されている。
【００２２】このようなターゲット支持板を使用すれ
ば、冷却材入口側流路１０と冷却材出口側流路１１のう
ち、冷却材の流通が不要な空間をターゲット支持板１７
で埋めることにより、冷却材の体積割合を従来型と同等
にすることができるので、中性子利用効率を低下させず
に陽子線入射窓３の耐圧性能を向上することが可能であ
る。
ば、冷却材入口側流路１０と冷却材出口側流路１１のう
ち、冷却材の流通が不要な空間をターゲット支持板１７
で埋めることにより、冷却材の体積割合を従来型と同等
にすることができるので、中性子利用効率を低下させず
に陽子線入射窓３の耐圧性能を向上することが可能であ
る。
【００２３】図８は本発明の固体ターゲット全体の側面
図で、図９はそのＡ−Ａ断面である。ターゲット容器２
の内部には、図４及び図５で示したターゲットで構成さ
れるターゲット集合体が内蔵されている。
図で、図９はそのＡ−Ａ断面である。ターゲット容器２
の内部には、図４及び図５で示したターゲットで構成さ
れるターゲット集合体が内蔵されている。
【００２４】冷却材入口１３から１０kg／cm2 程度の圧
力で流入してきた冷却材は、冷却材入口側流路１０から
各ターゲット板４の間の各冷却材流路５に分流しなが
ら、陽子線入射方向へ流れていく。冷却材はターゲット
板４で冷却した後、冷却材出口側流路１１へ流れ込み、
冷却材出口１２へ流出する。
力で流入してきた冷却材は、冷却材入口側流路１０から
各ターゲット板４の間の各冷却材流路５に分流しなが
ら、陽子線入射方向へ流れていく。冷却材はターゲット
板４で冷却した後、冷却材出口側流路１１へ流れ込み、
冷却材出口１２へ流出する。
【００２５】陽子線入射窓３は、ターゲット容器２の内
部方向に曲率を持つ半円筒形状をしているので、薄肉構
造でも耐圧性能を維持することができ、また陽子線入射
による発熱量を低減して十分な冷却を可能としている。
部方向に曲率を持つ半円筒形状をしているので、薄肉構
造でも耐圧性能を維持することができ、また陽子線入射
による発熱量を低減して十分な冷却を可能としている。
【００２６】図９に示すように、冷却材入口側流路１０
と冷却材出口側流路１１のうち、冷却材が不要な陽子線
入射窓の両側部分は、図６で示したターゲット支持板１
７を使用することにより、ターゲット支持板１７の張り
出し部１７ａで埋められている。従って、従来の陽子線
入射窓を使用した場合に比べて冷却材体積率を増加させ
ることがないので、冷却材への中性子吸収量を増加させ
ることなく、中性子利用効率を維持したまま、陽子線入
射窓の耐圧性能を向上することができる。
と冷却材出口側流路１１のうち、冷却材が不要な陽子線
入射窓の両側部分は、図６で示したターゲット支持板１
７を使用することにより、ターゲット支持板１７の張り
出し部１７ａで埋められている。従って、従来の陽子線
入射窓を使用した場合に比べて冷却材体積率を増加させ
ることがないので、冷却材への中性子吸収量を増加させ
ることなく、中性子利用効率を維持したまま、陽子線入
射窓の耐圧性能を向上することができる。
【００２７】ターゲット板４は、寿命を延ばすために、
使用中の最高温度を制限する必要があるので、与えられ
た発熱密度に対して、使用できるターゲット板４の厚さ
には制限値がある。発熱密度は陽子線入射窓３近傍で最
も高く、陽子線入射窓３から遠くなるほど減少してい
く。従って、図９に示すように、各位置での発熱密度に
応じて各ターゲット板４の厚さを変えることにより、全
てのターゲット板４の最高温度を制限値以下に抑えてい
る。このようにして、ターゲット板の寿命を延ばし、経
済性の良い固体ターゲットを構成することができる。
使用中の最高温度を制限する必要があるので、与えられ
た発熱密度に対して、使用できるターゲット板４の厚さ
には制限値がある。発熱密度は陽子線入射窓３近傍で最
も高く、陽子線入射窓３から遠くなるほど減少してい
く。従って、図９に示すように、各位置での発熱密度に
応じて各ターゲット板４の厚さを変えることにより、全
てのターゲット板４の最高温度を制限値以下に抑えてい
る。このようにして、ターゲット板の寿命を延ばし、経
済性の良い固体ターゲットを構成することができる。
【００２８】ターゲット容器２の冷却材出入口側には、
フランジ３０が取り付けられており、レデューサ３４及
び３５に取り付けられたフランジ３１と接続されてい
る。レデューサ３４及び３５の反対側には、冷却設備と
の接続用フランジ３２及び３３が取り付けられた円管３
６及び３７が接続されている。ターゲット容器２の冷却
材出入口流路は矩形断面なので、レデューサ３４及び３
５により、流路の断面形状を徐々に円形に変形してい
る。
フランジ３０が取り付けられており、レデューサ３４及
び３５に取り付けられたフランジ３１と接続されてい
る。レデューサ３４及び３５の反対側には、冷却設備と
の接続用フランジ３２及び３３が取り付けられた円管３
６及び３７が接続されている。ターゲット容器２の冷却
材出入口流路は矩形断面なので、レデューサ３４及び３
５により、流路の断面形状を徐々に円形に変形してい
る。
【００２９】次に、本発明による固体ターゲットの第２
実施例を説明する。図１０は、ターゲット容器２の陽子
線入射窓３付近の縦断面を示している。本実施例におい
ても、陽子線入射窓３は曲率を持った構造となっている
が、ターゲット容器２の外側に向かって半円筒形状をし
ている点が、第１実施例と異なっている。陽子線入射窓
３以外の固体ターゲット全体の構造は、第１実施例と同
様である。
実施例を説明する。図１０は、ターゲット容器２の陽子
線入射窓３付近の縦断面を示している。本実施例におい
ても、陽子線入射窓３は曲率を持った構造となっている
が、ターゲット容器２の外側に向かって半円筒形状をし
ている点が、第１実施例と異なっている。陽子線入射窓
３以外の固体ターゲット全体の構造は、第１実施例と同
様である。
【００３０】本実施例の場合、陽子線入射窓３の内部に
ターゲット板を設置することが難しくなるが、第１実施
例よりも耐圧性能が良くなるので、さらに薄肉構造とし
て冷却性能を向上することができる。
ターゲット板を設置することが難しくなるが、第１実施
例よりも耐圧性能が良くなるので、さらに薄肉構造とし
て冷却性能を向上することができる。
【００３１】本発明による固体ターゲットの第３実施例
を図１１に示す。本実施例では陽子線入射窓３は曲率を
持っていないが、低発熱部分の厚さを発熱密度に反比例
させて厚くして、テーパ部１５を構成している。陽子線
入射窓３以外の固体ターゲット全体の構造は、第１実施
例と同様である。
を図１１に示す。本実施例では陽子線入射窓３は曲率を
持っていないが、低発熱部分の厚さを発熱密度に反比例
させて厚くして、テーパ部１５を構成している。陽子線
入射窓３以外の固体ターゲット全体の構造は、第１実施
例と同様である。
【００３２】本実施例の場合、第１実施例よりも耐圧性
能が低下するが、陽子線入射窓３全面を均一の厚さにす
るより耐圧性能が向上する。また、全ての領域で、平板
状のターゲット板４を使用することができるので、ター
ゲット集合体の構造が簡単になる。
能が低下するが、陽子線入射窓３全面を均一の厚さにす
るより耐圧性能が向上する。また、全ての領域で、平板
状のターゲット板４を使用することができるので、ター
ゲット集合体の構造が簡単になる。
【００３３】図１２に、陽子線入射窓の肉厚に対する各
実施例の効果を示す。この図では、従来の平板型陽子線
入射窓と同等の耐圧性能を持つ、各実施例による陽子線
入射窓３の厚さを、従来の平板型陽子線入射窓の厚さに
対する相対値で示している。まず、陽子線入射領域外側
の低発熱部分のターゲット容器の厚さを、発熱密度に反
比例するようにテーパ部を付けて厚くすると、陽子線入
射窓３の厚さを従来の０.７ 倍にすることができる。
実施例の効果を示す。この図では、従来の平板型陽子線
入射窓と同等の耐圧性能を持つ、各実施例による陽子線
入射窓３の厚さを、従来の平板型陽子線入射窓の厚さに
対する相対値で示している。まず、陽子線入射領域外側
の低発熱部分のターゲット容器の厚さを、発熱密度に反
比例するようにテーパ部を付けて厚くすると、陽子線入
射窓３の厚さを従来の０.７ 倍にすることができる。
【００３４】次に、陽子線入射窓に曲率を付けると構造
強度が増すので、さらに薄肉構造にすることができる。
内曲面型の半円筒構造の場合は従来型の約４分の１、外
曲面型の半円筒構造の場合は従来型の１０分の１に薄肉
化できる。内曲面型の場合、図６のターゲット板１６と
ターゲット支持板１７を使用して不必要な冷却材流路を
消去し、冷却材体積率を従来と同等にすることにより、
中性子利用効率を低下させずに耐圧性能を向上すること
ができる。
強度が増すので、さらに薄肉構造にすることができる。
内曲面型の半円筒構造の場合は従来型の約４分の１、外
曲面型の半円筒構造の場合は従来型の１０分の１に薄肉
化できる。内曲面型の場合、図６のターゲット板１６と
ターゲット支持板１７を使用して不必要な冷却材流路を
消去し、冷却材体積率を従来と同等にすることにより、
中性子利用効率を低下させずに耐圧性能を向上すること
ができる。
【００３５】既に説明したように、固体ターゲットは陽
子線照射により発熱するので、ターゲット容器２に冷却
材を循環してターゲット板を冷却しながら動作させる必
要がある。このため、図１３に示すように冷却設備を設
け、この配管を冷却材入口１３に接続し、液体の冷却材
をターゲット容器２に送り込んで冷却材入口側流路１０
から各ターゲット板４の隙間である冷却材流路５に流
し、冷却材でターゲット板４を除熱した後、冷却材出口
側流路１１を通って冷却材出口１２から流出させ、固体
ターゲットを冷却するようにしてある。
子線照射により発熱するので、ターゲット容器２に冷却
材を循環してターゲット板を冷却しながら動作させる必
要がある。このため、図１３に示すように冷却設備を設
け、この配管を冷却材入口１３に接続し、液体の冷却材
をターゲット容器２に送り込んで冷却材入口側流路１０
から各ターゲット板４の隙間である冷却材流路５に流
し、冷却材でターゲット板４を除熱した後、冷却材出口
側流路１１を通って冷却材出口１２から流出させ、固体
ターゲットを冷却するようにしてある。
【００３６】図１３に示す冷却設備は、冷却材タンク４
０，冷却材循環ポンプ４１，冷却器４２，冷却材浄化装
置４３などで構成される。冷却材には重水が用いられて
おり、冷却材循環ポンプ４１により、冷却材タンク４０
からターゲット集合体１４に供給される。
０，冷却材循環ポンプ４１，冷却器４２，冷却材浄化装
置４３などで構成される。冷却材には重水が用いられて
おり、冷却材循環ポンプ４１により、冷却材タンク４０
からターゲット集合体１４に供給される。
【００３７】ターゲット集合体１４のターゲット板４を
除熱して温度が上昇した冷却水は、冷却器４２で二次冷
却水により冷却され、冷却材浄化装置４３で不純物が除
去された後、冷却材タンク４０に戻る。この冷却材タン
ク４０の上部空間には、窒素などの不活性気体が加圧気
体４４として封入されており、この気体の圧力で冷却系
統を加圧することにより、圧力損失を考慮した上で、冷
却材流路５内での冷却水の沸騰を抑えている。
除熱して温度が上昇した冷却水は、冷却器４２で二次冷
却水により冷却され、冷却材浄化装置４３で不純物が除
去された後、冷却材タンク４０に戻る。この冷却材タン
ク４０の上部空間には、窒素などの不活性気体が加圧気
体４４として封入されており、この気体の圧力で冷却系
統を加圧することにより、圧力損失を考慮した上で、冷
却材流路５内での冷却水の沸騰を抑えている。
【００３８】冷却器４２には、二次冷却水入口４５から
二次冷却水が供給され、ここで加熱された二次冷却水
は、二次冷却水出口４６から排出され、図示していない
クーリングタワーなどに送られ、奪ってきた熱が最終的
には大気中に放出される。
二次冷却水が供給され、ここで加熱された二次冷却水
は、二次冷却水出口４６から排出され、図示していない
クーリングタワーなどに送られ、奪ってきた熱が最終的
には大気中に放出される。
【００３９】冷却材浄化装置４３が、冷却器４２の下流
側に設けられているのは、一般的なフィルタエレメント
やイオン交換樹脂は、通常、高温での使用に適していな
いためである。
側に設けられているのは、一般的なフィルタエレメント
やイオン交換樹脂は、通常、高温での使用に適していな
いためである。
【００４０】
【発明の効果】本発明によれば、固体ターゲットの陽子
線入射窓の耐圧性能を向上することができるので、陽子
線入射窓を薄肉構造とすることができ、大出力ターゲッ
トでも十分な冷却が可能な中性子源固体ターゲットを容
易に提供することができる。
線入射窓の耐圧性能を向上することができるので、陽子
線入射窓を薄肉構造とすることができ、大出力ターゲッ
トでも十分な冷却が可能な中性子源固体ターゲットを容
易に提供することができる。
【図１】本発明による固体ターゲットの第１実施例を示
す縦断面図。
す縦断面図。
【図２】図１の固体ターゲットを陽子線入射側から見た
構造図。
構造図。
【図３】陽子線中心からの距離に対する発熱密度の相対
値を示す図。
値を示す図。
【図４】図１のＡ−Ａ断面図。
【図５】図１のＢ−Ｂ断面図。
【図６】図４のターゲット板の構造図。
【図７】図５のターゲット板の構造図。
【図８】本発明による固体ターゲットの第１実施例の全
体図。
体図。
【図９】図８のＡ−Ａ断面図。
【図１０】本発明による固体ターゲットの第２実施例を
示す縦断面図。
示す縦断面図。
【図１１】本発明による固体ターゲットの第３実施例を
示す縦断面図。
示す縦断面図。
【図１２】各実施例の効果を示す図。
【図１３】本発明による中性子発生装置の概略構成図。
１…陽子線、２…ターゲット容器、３…陽子線入射窓、
４，１６…ターゲット板、５…冷却材流路、６，１７…
ターゲット支持板、７…ターゲット固定上板、８…ター
ゲット固定下板、９…ストッパー、１０…冷却材入口側
流路、１１…冷却材出口側流路、１２…冷却材出口、１
３…冷却材入口、１４…ターゲット集合体、１５…テー
パ部、２０…発熱領域、３０，３１，３２，３３…フラ
ンジ、３４，３５…レデューサ、３６，３７…円管、４
０…冷却材タンク、４１…冷却材循環ポンプ、４２…冷
却器、４３…冷却材浄化装置、４４…加圧気体、４５…
二次冷却水入口、４６…二次冷却水出口。
４，１６…ターゲット板、５…冷却材流路、６，１７…
ターゲット支持板、７…ターゲット固定上板、８…ター
ゲット固定下板、９…ストッパー、１０…冷却材入口側
流路、１１…冷却材出口側流路、１２…冷却材出口、１
３…冷却材入口、１４…ターゲット集合体、１５…テー
パ部、２０…発熱領域、３０，３１，３２，３３…フラ
ンジ、３４，３５…レデューサ、３６，３７…円管、４
０…冷却材タンク、４１…冷却材循環ポンプ、４２…冷
却器、４３…冷却材浄化装置、４４…加圧気体、４５…
二次冷却水入口、４６…二次冷却水出口。
Claims (3)
- 【請求項１】陽子線を固体状の重金属に照射して核破砕
反応により中性子を発生させ、前記重金属を内蔵するタ
ーゲット容器内に冷却材を循環して前記重金属を冷却す
る方式の固体ターゲットにおいて、陽子線入射による前
記ターゲット容器の発熱部分を曲率を有する構造とした
ことを特徴とする固体ターゲット。 - 【請求項２】陽子線を固体状の重金属に照射して核破砕
反応により中性子を発生させ、前記重金属を内蔵するタ
ーゲット容器に冷却材を循環して前記重金属を冷却する
方式の固体ターゲットにおいて、陽子線入射による前記
ターゲット容器の発熱部分の厚さを発熱密度に反比例し
て変化させたことを特徴とする固体ターゲット。 - 【請求項３】陽子線を固体状の重金属に照射して核破砕
反応により中性子を発生させ、前記重金属を内蔵するタ
ーゲット容器に冷却材を循環して前記重金属を冷却する
方式の固体ターゲットと、前記冷却材の冷却設備とを備
えた中性子発生装置において、前記冷却設備は、冷却材
及び加圧気体を内蔵した冷却材タンクと、該冷却材タン
クから固体ターゲットに冷却材を供給する循環ポンプ
と、前記固体ターゲットから排出された冷却材を冷却す
る冷却器と、該冷却器で冷却された冷却材を浄化する浄
化装置とを備え、前記固体ターゲットが請求項１又は請
求項２のいずれかに記載の特徴を有することを特徴とす
る中性子発生装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10352267A JP2000180600A (ja) | 1998-12-11 | 1998-12-11 | 固体ターゲット及び中性子発生装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10352267A JP2000180600A (ja) | 1998-12-11 | 1998-12-11 | 固体ターゲット及び中性子発生装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000180600A true JP2000180600A (ja) | 2000-06-30 |
Family
ID=18422897
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10352267A Pending JP2000180600A (ja) | 1998-12-11 | 1998-12-11 | 固体ターゲット及び中性子発生装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000180600A (ja) |
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004514242A (ja) * | 2000-07-11 | 2004-05-13 | コミツサリア タ レネルジー アトミーク | 中性子発生のための破砕装置 |
| JP2007051996A (ja) * | 2005-08-19 | 2007-03-01 | Ngk Insulators Ltd | 電子線照射装置 |
| FR2897502A1 (fr) * | 2006-02-14 | 2007-08-17 | Aima Eps | Cible, installation de neutrontherapie et procede de production de neutrons. |
| KR101026163B1 (ko) | 2008-10-17 | 2011-04-05 | 한국원자력연구원 | 중성자 발생장치용 금속 표적 |
| KR101079630B1 (ko) | 2008-02-18 | 2011-11-03 | 스미도모쥬기가이고교 가부시키가이샤 | 타깃장치 |
| CN103594137A (zh) * | 2013-11-05 | 2014-02-19 | 中国科学院高能物理研究所 | 一种散裂中子源靶 |
| CN104470189A (zh) * | 2013-11-27 | 2015-03-25 | 中国科学院高能物理研究所 | 一种散裂中子源用固体靶片及其制备方法 |
| CN106932808A (zh) * | 2015-12-30 | 2017-07-07 | 核工业西南物理研究院 | 一种长脉冲主动水冷量热靶大流量的异形水路结构 |
| WO2017146205A1 (ja) * | 2016-02-26 | 2017-08-31 | 住友重機械工業株式会社 | 中性子捕捉療法装置、及び中性子捕捉療法用ターゲット |
| JP2017534878A (ja) * | 2014-11-17 | 2017-11-24 | ロスアラモス・ナショナル・セキュリティ，エルエルシー | 医療用放射性同位元素を準備するための装置 |
| CN108550411A (zh) * | 2018-05-29 | 2018-09-18 | 河南太粒科技有限公司 | 一种镶嵌式靶结构 |
| CN108895874A (zh) * | 2018-07-04 | 2018-11-27 | 中国原子能科学研究院 | 一种用于质子束流辐照实验测试靶的冷却装置 |
| CN110400650A (zh) * | 2019-08-06 | 2019-11-01 | 中国原子能科学研究院 | 转换靶装置及靶材料层结构 |
| JP2021530689A (ja) * | 2018-07-09 | 2021-11-11 | アドバンスド アクセレレーター アプリケーションズ | 中性子アクティベータ、当該中性子アクティベータを含む中性子放射化システム、および当該中性子アクティベータが実行する中性子放射化方法 |
-
1998
- 1998-12-11 JP JP10352267A patent/JP2000180600A/ja active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US10867715B2 (en) | 2014-11-17 | 2020-12-15 | Triad National Security, Llc | Apparatus for preparing medical radioisotopes |
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