JP2000243597A - 中性子散乱施設用ターゲット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 澱みなく流動する均一性の高い液状重金属の
流れを内部に形成可能な中性子散乱施設用ターゲットを
提供する。 【解決手段】 液状重金属流入口２３から容器本体１６
の内部先端に向かって流れる水銀Ｍを、液状重金属往路
２１に設けた複数の往路案内羽根１９ａ〜１９ｄで整流
し、容器本体１６の内部先端から液状重金属流出口２４
に向かって流れる水銀Ｍを、液状重金属復路２２に設け
た複数の復路案内羽根２０ａ〜２０ｄで整流し、容器本
体１６内における水銀Ｍの澱みや再循環流の発生を抑止
する。更に、容器本体１６と容器外殻１８との間の冷却
媒体流路１７に冷却水Ｗを連続的に流通させて、陽子と
重金属との衝突による核破砕反応の発生熱を除去し、容
器外殻１８及び容器本体１６の熱負荷を軽減する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高エネルギー陽子
が液体金属に衝突したときの核破砕反応によって中性子
を発生させる中性子散乱施設用ターゲットに関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】図３は中性子を利用した種々の物性研究
を行うための中性子散乱施設の一例であり、この中性子
散乱施設では、陽子出射器１から出射する陽子を、線形
加速器２により加速して蓄積リング３へ入射させ、該蓄
積リング３において偏向電磁石により陽子の軌道を曲げ
て周回させつつ、高周波電流で必要エネルギーになるま
で陽子を増速する。

【０００３】更に、必要エネルギーとなった陽子を蓄積
リング３からターゲット４へ出射して、該ターゲット４
内に抱持した水銀などの液状重金属に陽子を衝突させ、
核破砕反応（スポレーション反応）により発生する高速
中性子を、減速材容器５内に抱持した液体水素（２０
Ｋ、１．５ＭＰａ）などの減速材に透過させることによ
り、研究目的に応じた熱中性子や冷中性子に変換し、こ
れらをビームライン６を介してラボ７へ導くようにして
いる。

【０００４】図４は従来の中性子散乱施設用ターゲット
の一例を示すもので、この中性子散乱施設用ターゲット
は、略水平に進行する陽子ビームＰに対向するように配
置した容器本体８と、容器本体８の内面下側寄り部分に
左右縁部が連なり且つ容器本体８の基端部分から先端近
傍部分へ延びる仕切板９とを備えている。

【０００５】容器本体８の基端面には、容器本体８の内
面と仕切板９の下面とで囲まれる空間である液状重金属
往路１０に容器本体８の外部から連通する流入口１１
と、容器本体８の内面と仕切板９の上面とで囲まれる空
間である液状重金属復路１２から容器本体８の外部へ連
通する流出口１３が設けられている。

【０００６】流入口１１には、ポンプ１４の吐出口が接
続され、流出口１３には、熱交換器１５を介してポンプ
１４の吸入口が接続されており、上記のポンプ１４、流
入口１１、液状重金属往路１０、液状重金属復路１２、
流出口１３、及び熱交換器１５で構成される閉ループ内
には、液状重金属として水銀Ｍが充填されている。

【０００７】図４に示す中性子散乱施設用ターゲットで
は、液状重金属往路１０から容器本体８の内部先端へ流
入する水銀Ｍと陽子との衝突によって高速中性子を発生
させ、また、核破砕反応により入熱を受ける水銀Ｍを、
液状重金属復路１２から熱交換器１５へ導入して、水銀
Ｍの冷却を図っている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図４に
示す中性子散乱施設用ターゲットにおいては、流入口１
１に供給される水銀Ｍの全量が、液状重金属往路１０か
ら容器本体８の内部先端を経て液状重金属復路１２へ折
り返す流れを形成するので、容器本体８の内部先端近傍
に澱みや再循環流Ｒが発生しやすく、これにより、水銀
Ｍが継続的に滞留して局所的な温度上昇（ホットスポッ
ト）が生じることがある。

【０００９】また、容器本体８に対して大流量の水銀Ｍ
を連続的に流通させることにより、核破砕反応に起因す
る発生熱の除去を図っているため、水銀Ｍを循環させる
ポンプ１４や、熱交換器１５などの冷却手段への負担が
きわめて大きく、よって、発生熱の大きな核破砕反応に
対応することが困難であった。

【００１０】本発明は上述した実情に鑑みてなしたもの
で、澱みなく流動する均一性の高い液状重金属の流れを
内部の全般にわたって形成可能な中性子散乱施設用ター
ゲットを提供することを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の請求項１に記載の中性子散乱施設用ターゲ
ットでは、略水平に進行する陽子ビームが先端部に入射
し得るように配置した容器本体と、容器本体の内面一側
寄り部分に上下縁部が連なり且つ左右に間隔を隔てて容
器本体基端側から先端側に向かって徐々に容器本体中心
寄りへ湾曲する複数の往路案内羽根と、容器本体の内面
他側寄り部分に上下縁部が連なり且つ左右に間隔を隔て
て容器本体基端側から先端側に向かって徐々に容器本体
中心寄りへ湾曲する複数の復路案内羽根とを備え、外部
から容器本体内の往路案内羽根側へ液状重金属を流入さ
せる液状重金属流入口及び容器本体内の復路案内羽根側
から外部へ液状重金属を流出させる液状重金属流出口
を、容器本体の基端部に設けている。

【００１２】また、本発明の請求項２に記載の中性子散
乱施設用ターゲットでは、本発明の請求項１に記載の中
性子散乱施設用ターゲットの構成に加えて、容器本体の
外面との間に冷却媒体流路が形成されるように容器本体
を被覆する容器外殻を設け、冷却媒体流路に対して冷却
媒体を流通させ得るように構成している。

【００１３】本発明の請求項１及び請求項２に記載の中
性子散乱施設用ターゲットのいずれにおいても、液状重
金属流入口から容器本体の内部先端に向かって流れる液
状重金属を、容器本体内の一側寄りに設けた複数の往路
案内羽根で整流し、また、容器本体の内部先端から液状
重金属流出口に向かって流れる液状重金属を、容器本体
内の他側寄りに設けた複数の復路案内羽根で整流し、容
器本体内における液状重金属の澱みや再循環流の発生を
抑止する。

【００１４】更に、本発明の請求項２に記載の中性子散
乱施設用ターゲットにおいては、容器本体と容器外殻と
の間の冷却媒体流路に冷却媒体を連続的に流通させて、
陽子と重金属との衝突による核破砕反応の発生熱を除去
し、液状重金属、容器外殻、及び容器本体の熱負荷の軽
減を図る。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。

【００１６】図１及び図２は本発明の中性子散乱施設用
ターゲットの実施の形態の一例を示すもので、この中性
子散乱施設用ターゲットは、略水平に進行する陽子ビー
ムＰが先端部に入射し得るように配置した薄肉状の容器
本体１６と、該容器本体１６の外面との間に冷却媒体流
路１７が形成されるように容器本体１６を被覆する薄肉
状の容器外殻１８と、容器本体１６の内部に設けた往路
案内羽根１９ａ〜１９ｄ及び復路案内羽根２０ａ〜２０
ｄとを備え、容器本体１６内の一側寄り部分を液状重金
属往路２１とし、また、容器本体１６内の他側寄り部分
を液状重金属復路２２としている。

【００１７】容器本体１６の基端部には、外部から液状
重金属往路２１へ水銀Ｍを流入させるための液状重金属
流入口２３と、液状重金属復路２２から外部へ水銀Ｍを
流入させるための液状重金属流出口２４とが独立して設
けられ、これら液状重金属流入口２３及び液状重金属流
出口２４を周方向に取り囲むようにフランジ２５が取り
付けられている。

【００１８】容器外殻１８の基端部は、フランジ２５に
対して液密を保持し得るように取り付けられている。

【００１９】容器外殻１８の一側基端寄り部分には、外
部から冷却媒体流路１７へ冷却水Ｗを流入させるための
冷却媒体流入口２６が設けられ、容器外殻１８の他側基
端寄り部分には、冷却媒体流路１７から外部へ冷却水Ｗ
を流出させるための冷却媒体流出口２７が設けられてい
る。

【００２０】また、冷却媒体流路１７には、容器外殻１
８の内面と容器本体１６の外面に連なるガイド部材（図
示せず）が適宜の位置に設けられており、このガイド部
材により、冷却媒体流入口２６から冷却媒体流出口２７
への冷却水Ｗの短絡発生を防止している。

【００２１】往路案内羽根１９ａ〜１９ｄは、前記の液
状重金属往路２１内に設けられ、上下縁部が容器本体１
６の内面に連なり且つ左右に間隔を隔てて容器本体１６
の基端側から先端側へ向かって徐々に容器本体１６中心
寄りへ湾曲している。

【００２２】復路案内羽根２０ａ〜２０ｄは、前記の液
状重金属復路２２内に設けられ、上下縁部が容器本体１
６の内面に連なり且つ左右に間隔を隔てて容器本体１６
の基端側から先端側へ向かって徐々に容器本体１６中心
寄りへ湾曲している。

【００２３】更に、容器本体１６の基端部中心には、容
器外殻１８及び容器本体１６を透過して往路案内羽根１
９ａ〜１９ｄと復路案内羽根２０ａ〜２０ｄの間を進行
する陽子を遮断するためのビームストッパ２８が設置さ
れている。

【００２４】図１及び図２に示す中性子散乱施設用ター
ゲットにおいて、中性子を発生させる際には、容器本体
１６の外部から冷却水Ｗを、冷却媒体流入口２６に連続
的に供給するとともに、冷却媒体流路１７を流通する冷
却水Ｗを、冷却媒体流出口２７から容器本体１６の外部
へ連続的に排出する。

【００２５】また、容器本体１６の外部から水銀Ｍを、
液状重金属流入口２３へ連続的に送給するとともに、液
状重金属往路２１を経て液状重金属復路２２に流入する
水銀Ｍを、液状重金属流出口２４から容器本体１６の外
部に連続的に排出する。

【００２６】更に、陽子ビームＰを照射すると、容器外
殻１８及び容器本体１６を透過する陽子が、液状重金属
往路２１から液状重金属復路２２へと流れる水銀Ｍに衝
突し、中性子が発生する。

【００２７】図１及び図２に示す中性子散乱施設用ター
ゲットでは、液状重金属往路２１を容器本体１６の内部
先端に向かって流れる水銀Ｍを、複数の往路案内羽根１
９ａ〜１９ｄにより整流し、液状重金属復路２２を液状
重金属流出口２４に向かって流れる水銀Ｍを、複数の復
路案内羽根２０ａ〜２０ｄにより整流するので、容器本
体１６の内部先端における水銀Ｍの澱みや再循環流の発
生が抑止され、澱みなく流動する均一性の高い水銀Ｍの
流れを、容器本体１６の内部全般にわたって形成するこ
とができる。

【００２８】よって、水銀Ｍの滞留に起因した温度上昇
を回避することができ、これに加えて、容器本体１６の
内面に再循環などに起因したエロージョンが生じない。

【００２９】また、冷却媒体流路１７を流通する冷却水
Ｗによって、核破砕反応の発生熱を除去するので、容器
本体１６、容器外殻１８、及び水銀Ｍの熱負荷が軽減す
ることができ、水銀Ｍを循環させるポンプ１４や、熱交
換器１５（図４参照）などの冷却手段への負担も小さく
なり、発生熱の大きな核破砕反応に対応することができ
る。

【００３０】更に、熱負荷が軽減されるため、容器本体
１６及び容器外殻１８の薄肉化が可能になり、中性子の
発生効率の向上を図ることができる。

【００３１】なお、本発明の中性子散乱施設用ターゲッ
トは上述した実施の形態のみに限定されるものではな
く、本発明の要旨を逸脱しない範囲において変更を加え
得ることは勿論である。

【００３２】

【発明の効果】以上述べたように本発明の中性子散乱施
設用ターゲットによれば、下記のような種々の優れた効
果を奏し得る。

【００３３】（１）本発明の請求項１及び請求項２に記
載の中性子散乱施設用ターゲットのいずれにおいても、
液状重金属流入口から容器本体の内部先端に向かって流
れる液状重金属を、容器本体内の一側寄りに設けた複数
の往路案内羽根で整流し、また、容器本体の内部先端か
ら液状重金属流出口に向かって流れる液状重金属を、容
器本体内の他側寄りに設けた複数の復路案内羽根で整流
し、容器本体内における液状重金属の澱みや再循環流の
発生を抑止するので、液状重金属の滞留に起因した温度
上昇を回避することができ、容器本体の内面に再循環な
どに起因したエロージョンが生じない。

【００３４】（２）本発明の請求項２に記載の中性子散
乱施設用ターゲットにおいては、冷却媒体流路を流通す
る冷却媒体によって、陽子と重金属との衝突による核破
砕反応の発生熱を除去し、容器外殻及び容器本体の熱負
荷を軽減するので、液状重金属の循環手段及び冷却手段
の負担を小さくすることができ、発生熱の大きな核破砕
反応にも対応することができる。

【００３５】（３）更に、熱負荷が軽減されるため、容
器本体及び容器外殻の薄肉化が可能になり、中性子の発
生効率の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の中性子散乱施設用ターゲットの実施の
形態の一例を示す一部切断斜視図である。

【図２】本発明の中性子散乱施設用ターゲットの実施の
形態の一例を示す水平断面図である。

【図３】中性子散乱施設の一例を示す概念図である。

【図４】従来の中性子散乱施設用ターゲットの一例を示
す概念図である。

【符号の説明】

１６ 容器本体 １７ 冷却媒体流路 １８ 容器外殻 １９ａ〜１９ｄ 往路案内羽根 ２０ａ〜２０ｄ 復路案内羽根 ２３ 液状重金属流入口 ２４ 液状重金属流出口 Ｍ 水銀（液状重金属） Ｐ 陽子ビーム Ｗ 冷却水（冷却媒体）

フロントページの続き (72)発明者 神永 雅紀 茨城県那珂郡東海村白方字白根２番地の４ 日本原子力研究所 東海研究所内 (72)発明者 木下 秀孝 茨城県那珂郡東海村白方字白根２番地の４ 日本原子力研究所 東海研究所内 (72)発明者 安保 則明 神奈川県横浜市磯子区新中原町１番地 石 川島播磨重工業株式会社横浜エンジニアリ ングセンター内 (72)発明者 寺田 敦彦 神奈川県横浜市磯子区新中原町１番地 石 川島播磨重工業株式会社横浜エンジニアリ ングセンター内 (72)発明者 内田 博幸 神奈川県横浜市磯子区新中原町１番地 石 川島播磨重工業株式会社技術研究所内 Ｆターム(参考） 2G085 AA13 BA17 BE10

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 略水平に進行する陽子ビームが先端部に
   入射し得るように配置した容器本体と、容器本体の内面
   一側寄り部分に上下縁部が連なり且つ左右に間隔を隔て
   て容器本体基端側から先端側に向かって徐々に容器本体
   中心寄りへ湾曲する複数の往路案内羽根と、容器本体の
   内面他側寄り部分に上下縁部が連なり且つ左右に間隔を
   隔てて容器本体基端側から先端側に向かって徐々に容器
   本体中心寄りへ湾曲する複数の復路案内羽根とを備え、
   外部から容器本体内の往路案内羽根側へ液状重金属を流
   入させる液状重金属流入口及び容器本体内の復路案内羽
   根側から外部へ液状重金属を流出させる液状重金属流出
   口を、容器本体の基端部に設けたことを特徴する中性子
   散乱施設用ターゲット。
2. 【請求項２】 容器本体の外面との間に冷却媒体流路が
   形成されるように容器本体を被覆する容器外殻を設け、
   冷却媒体流路に対して冷却媒体を流通させ得るように構
   成した請求項１に記載の中性子散乱施設用ターゲット。