JP2002107494A - 核反応の誘起方法および核反応誘起装置 - Google Patents

核反応の誘起方法および核反応誘起装置

Info

Publication number
JP2002107494A
JP2002107494A JP2000295208A JP2000295208A JP2002107494A JP 2002107494 A JP2002107494 A JP 2002107494A JP 2000295208 A JP2000295208 A JP 2000295208A JP 2000295208 A JP2000295208 A JP 2000295208A JP 2002107494 A JP2002107494 A JP 2002107494A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
nuclear
inducing
target material
nuclear reaction
energy
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2000295208A
Other languages
English (en)
Other versions
JP4913938B2 (ja
Inventor
Koshichi Nemoto
孝七 根本
Takuya Nayuki
琢弥 名雪
Maximchuk Anatoly
マクシムチャック アナトリー,
Yu Baisenkofu Valery
ユ. バイセンコフ バレリー
Banerjee Sudeep
バネルジー スディープ
Gu Shaoting
グ シャオティング
Flippo Kirk
フリッポ カーク
Mourou Gerald
モウロウ ジェラルド
Amushutaddaa Donald
アムシュタッダー ドナルド
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Central Research Institute of Electric Power Industry
University of Michigan
Original Assignee
Central Research Institute of Electric Power Industry
University of Michigan
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Central Research Institute of Electric Power Industry, University of Michigan filed Critical Central Research Institute of Electric Power Industry
Priority to JP2000295208A priority Critical patent/JP4913938B2/ja
Publication of JP2002107494A publication Critical patent/JP2002107494A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4913938B2 publication Critical patent/JP4913938B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/10Nuclear fusion reactors

Landscapes

  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡便に核反応を誘起する。 【解決手段】 照射部材の電離が可能なエネルギーのレ
ーザ光線を照射部材に瞬間的に照射(ステップS1)し
て高エネルギー粒子を発生させ(ステップS2)、この
高エネルギー粒子をターゲット材に照射(ステップS
3)して核反応を誘起する(ステップS4)。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、核反応の誘起方法
および核反応誘起装置に関する。さらに詳述すると、本
発明は、レーザ光線を用いた核反応の誘起方法および核
反応誘起装置に関するものであって、医療、材料検査、
設備診断、核種消滅、核反応シミュレータへの利用に適
した簡便な核反応の誘起方法および核反応の誘起装置に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】核反応を起こさせるためには、中性子、
水素原子核等の荷電粒子、電磁波(光子)等の粒子に大
きな運動エネルギーを与えてターゲットとなる原子核に
衝突等させる必要がある。従来、大きな運動エネルギー
を有する粒子を得るために、原子炉や加速器等の特別の
設備機器類を利用したり、あるいは放射性同位体の核崩
壊現象を利用していた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
方法では、核管理上の問題が有ったり、高価かつ大型の
装置が必要となり、簡便な方法とは言い難い。
【0004】本発明は、簡便に核反応を誘起できる核反
応の誘起方法および核反応誘起装置を提供することを目
的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに請求項1記載の核反応の誘起方法は、照射部材の電
離が可能なエネルギーのレーザ光線を照射部材に瞬間的
に照射して高エネルギー粒子を発生させ、この高エネル
ギー粒子をターゲット材に照射して核反応を誘起するも
のである。
【0006】高エネルギーのパルスレーザ光線を照射部
材に照射すると、高エネルギー粒子が発生する。この高
エネルギー粒子はターゲット材に衝突し、ターゲット材
中の原子核に核反応を生じさせる。
【0007】また、請求項2記載の核反応の誘起方法
は、レーザ光線が、パルス幅が10ピコ秒以下のパルス
レーザ光線である。したがって、レーザ光線のピークパ
ワーを増加させることができる。また、レーザ光線の照
射領域の原子核が拡散し始める前に照射が終了するの
で、原子核を加速して高エネルギー化させる電界の形成
に有利になる。
【0008】また、請求項3記載の核反応の誘起方法の
ように、ターゲット材と照射部材は同一部材であっても
良く、請求項4記載の核反応の誘起方法のように、ター
ゲット材は、照射部材と異なる部材であっても良い。
【0009】また、請求項5記載の核反応の誘起方法
は、高エネルギー粒子を100キロ電子ボルト以上の運
動エネルギーに加速できる大きさのエネルギーを有する
レーザ光線を照射部材に照射するものである。したがっ
て、高エネルギー粒子によって核反応を誘起することが
できる。
【0010】また、請求項6記載の核反応の誘起方法
は、高エネルギー粒子を、電子、電磁波、正イオンのう
ち少なくともいずれか一つとしている。なお、これらの
高エネルギー粒子のうち主に発生する粒子の選択は、タ
ーゲット材の選択によって可能である。例えば、ターゲ
ット材として、ガスなどを用いれば電子が、薄膜を用い
れば正イオンが、厚い金属ターゲットを用いれば電磁波
(γ線レベルの電磁波)を選択的に発生させることがで
きる。
【0011】また、請求項7記載の核反応の誘起方法の
ように、高エネルギー粒子を照射部材のレーザ照射面に
対して垂直かつレーザの照射源から離れる方向に加速す
るようにしても良い。
【0012】また、請求項8記載の核反応の誘起方法の
ように、高エネルギー粒子は、水素原子核、重水素原子
核、三重水素原子核のうち少なくともいずれか一つであ
り、当該高エネルギー粒子をターゲット材に照射して核
融合反応を誘起するようにしても良い。
【0013】また、請求項9記載の核反応の誘起方法
は、高エネルギー粒子として水素原子核を、ボロン−1
1を含むターゲット材に照射し、11B(p,n)11
Cで表される核融合反応を誘起するものである。したが
って、短寿命放射性同位体である炭素−11が製造され
る。
【0014】また、請求項10記載の核反応の誘起方法
は、高エネルギー粒子として重水素原子を、ボロン−1
0を含むターゲット材に照射し、10B(d,n)11
Cで表される核融合反応を誘起するものである。したが
って、短寿命放射性同位体である炭素−11が製造され
る。
【0015】また、請求項11記載の核反応の誘起方法
は、高エネルギー粒子として水素原子核を、ボロン−1
0を含むターゲット材に照射し、10B(p,α)
eで表される核融合反応を誘起するものである。したが
って、短寿命放射性同位体であるベリリウム−7が製造
される。
【0016】また、請求項12記載の核反応の誘起方法
は、高エネルギー粒子として重水素原子を、炭素−12
を含むターゲット材に照射し、12C(d,n)13
で表される核融合反応を誘起するものである。したがっ
て、短寿命放射性同位体である窒素−13が製造され
る。
【0017】また、請求項13記載の核反応の誘起方法
は、高エネルギー粒子として水素原子核を、窒素−14
を含むターゲット材に照射し、14N(p,α)11
で表される核融合反応を誘起するものであるしたがっ
て、短寿命放射性同位体である炭素−11が製造され
る。
【0018】また、請求項14記載の核反応の誘起方法
は、高エネルギー粒子として水素原子核を、酸素−16
を含むターゲット材に照射し、16O(p,α)13
で表される核融合反応を誘起するものである。したがっ
て、短寿命放射性同位体である窒素−13が製造され
る。
【0019】また、請求項15記載の核反応の誘起方法
は、高エネルギー粒子として重水素原子核を、窒素−1
4を含むターゲット材に照射し、14N(d,n)15
Oで表される核融合反応を誘起するものである。したが
って、短寿命放射性同位体である酸素−15が製造され
る。
【0020】また、請求項16記載の核反応の誘起方法
は、高エネルギー粒子として水素原子核を、窒素−15
を含むターゲット材に照射し、15N(p,n)15
で表される核融合反応を誘起するものである。したがっ
て、短寿命放射性同位体である酸素−15が製造され
る。
【0021】また、請求項17記載の核反応の誘起方法
は、高エネルギー粒子として重水素原子核を、ネオン−
20を含むターゲット材に照射し、20Ne(d,α)
18Fで表される核融合反応を誘起するものである。し
たがって、短寿命放射性同位体であるフッ素−18が製
造される。
【0022】また、請求項18記載の核反応の誘起方法
は、高エネルギー粒子として水素原子核を、酸素−18
を含むターゲット材に照射し、18O(p,n)18
で表される核融合反応を誘起するものである。したがっ
て、放射性同位体であるフッ素−18が製造される。
【0023】また、請求項19記載の核反応の誘起方法
は、核反応による生成物の半減期よりも短い間隔で前記
レーザ光線の照射を繰り返し行うものである。したがっ
て、半減期の短い生成物が蓄積される。
【0024】また、請求項20記載の核反応の誘起方法
のように、照射部材を、薄膜またはガスジェットとして
も良い。
【0025】また、請求項21記載の核反応の誘起方法
のように、高エネルギー粒子をターゲット材に照射して
ターゲット材中の原子核を励起させるようにしても良
い。
【0026】さらに、請求項22記載の核反応誘起装置
は、照射部材と、該照射部材の電離が可能なエネルギー
のレーザ光線を照射部材に照射して高エネルギー粒子を
発生させるレーザ光線照射手段と、高エネルギー粒子に
よって核反応を誘起される原子核を含むターゲット材を
備えるものである。
【0027】したがって、レーザ照射手段からレーザ光
線が照射部材に照射されると、高エネルギー粒子が発生
する。この高エネルギー粒子はターゲット材に衝突し、
ターゲット材中の原子核に核反応を引き起こさせる。
【0028】
【発明の実施の形態】以下、本発明の構成を図面に示す
最良の形態に基づいて詳細に説明する。
【0029】図1に本発明を適用した核反応の誘起方法
を、図2に本発明を適用した核反応誘起装置をそれぞれ
示す。核反応誘起装置は、照射部材11と、該照射部材
11の電離が可能なエネルギーのレーザ光線18を照射
部材11に照射して高エネルギー粒子19を発生させる
レーザ光線照射手段12と、高エネルギー粒子19によ
って核反応を誘起される原子核を含むターゲット材13
を備えている。
【0030】照射部材11は、例えば薄膜、より具体的
には例えばマイラのフィルム14に重水素置換プラスチ
ックを塗布して重水素置換プラスチック層15を形成し
たものである。フィルム14の厚さは、例えば約10μ
mである。
【0031】レーザ光線照射手段12は、例えば10T
Wの出力のハイブリッドチタン:サファイヤ/Nd:燐
酸塩ガラスCPAレーザ装置である。このレーザ装置
は、例えばパルス幅400フェムト秒で3ジュール程度
のエネルギーを有するレーザ光線18を、例えば直径1
0ミクロン程度の大きさに集光して照射部材11の重水
素置換プラスチック層15に照射することができる。即
ち、このレーザ装置では、発振器で発生させたレーザ光
線をパルス幅拡張器でパルス幅の拡張を行った後、増幅
器で増幅し、さらにパルス幅圧縮機でパルス幅を圧縮す
ることでピークパワーを増加させている。そして、この
様にして発生させた超短パルスでピークパワーの大きな
レーザ光線を集光レンズによって集光し、照射部材11
の重水素置換プラスチック層15に照射する。例えば、
発振器で発生させたパルス時間幅が0.1ピコ秒、レー
ザエネルギーが1マイクロJのレーザ光線をパルス幅拡
張器によってパルス時間幅が1ナノ秒、レーザエネルギ
ーが10マイクロJのレーザ光線にした後、増幅器でパ
ルス時間幅が1ナノ秒、レーザエネルギーが1J以下の
レーザ光線にし、さらにパルス幅圧縮器によってパルス
時間幅が0.1ピコ秒、レーザエネルギーが1J以下の
レーザ光線に変換する。このようにパルス時間幅を圧縮
することで、レーザ光線18のピーク出力を約10テラ
Wにすることができる。
【0032】ターゲット材13は、例えばボロン−10
を約90パーセントまで濃縮したボロン片である。ター
ゲット材13は、照射部材11のレーザ光線18が照射
される部分の真後ろに、例えば8mm離して配置され
る。
【0033】なお、ターゲット材13の後方には、ポリ
エチレンテレフタレートフィルムで構成されたフィルタ
16とモニタ17が配置されている。これらは、ターゲ
ット材13に照射される高エネルギー粒子19のエネル
ギーを推定するためのものである。即ち、フィルタ16
の厚さとこれを透過できる粒子の運動エネルギーとの間
には一定の関係があるので、モニタ17によってフィル
タ16を透過した粒子を検出することで、当該粒子が一
定値以上の運動エネルギーを有していたことがわかる。
例えば、水素イオンの場合、厚さ10μmのフィルタ1
6を透過するためには1MeV程度の運動エネルギーが
必要であることから、モニタ17によって水素イオン
(水素原子核)が検出されると、その水素イオンは1M
eV程度以上の運動エネルギーを有していることがわか
る。ただし、フィルム16及びモニタ17は必ず必要な
ものではなく、省略可能である。
【0034】核反応誘起装置の周囲は、図示しない遮蔽
壁によって遮蔽されており、高エネルギーのレーザ光線
18を照射部材11に照射することで発生した高エネル
ギー粒子19や、核反応生成物から放出される放射線の
漏れを防止している。
【0035】次に、核反応の誘起方法について説明す
る。この核反応の誘起方法は、照射部材11の電離が可
能なエネルギーのレーザ光線18を照射部材11に瞬間
的に照射(ステップS1)して高エネルギー粒子19を
発生させ(ステップS2)、この高エネルギー粒子19
をターゲット材13に照射して(ステップS3)核反応
を誘起する(ステップS4)ものである。
【0036】なお、照射するレーザ光線18としてはパ
ルス幅が10ピコ秒以下のパルスレーザ光線の使用が好
ましい。パルス幅が10ピコ秒よりも長くなると、レー
ザ光線18の照射時間が長くなることからレーザ光線1
8によって電離された原子核の拡散が照射終了前に始ま
り、電荷分離領域の形成が不十分になって原子核を十分
に加速するのが困難になるからである。また、同じエネ
ルギーでもパルス幅を短くすることでピークパワーを高
くすることができてレーザ光線18の電界を大きくする
ことができ、より電荷分離領域の正負の差を大きくする
ことができるからである。
【0037】レーザ光線照射手段12から、例えばパル
ス幅400フェムト秒で3ジュール程度のエネルギーを
有するレーザ光線18を直径10ミクロン程度の大きさ
に集光して照射部材11の重水素置換プラスチック層1
5に照射する(ステップS1)と、レーザ光線18の非
常に高い電界や光圧力、レーザパルスにより誘起された
プラズマ波により生じた進行電界により、極微少な照射
領域から電子が追い出され加速される。
【0038】一方、電子が追い出されて電離された原子
核(正イオン)は電子に比べて質量が大きいため、レー
ザ光線18の照射後しばらくの間はほとんど動かない。
このため、極微少な照射領域が正イオンの高密度領域と
なり、その静電気力で正イオンは爆発的に加速され、例
えば図3に示すような10メガ電子ボルトに近い高エネ
ルギーの正イオンが発生する(ステップS2)。つま
り、レーザ光線18を照射部材11に照射することで、
高エネルギー粒子19としての正イオンを発生させるこ
とができる。ただし、必ずしも高エネルギー粒子19の
エネルギーを10メガ電子ボルト近くまで高める必要は
なく、例えば、100キロ電子ボルト以上のエネルギー
に高めることができれば良く、より好ましくは、核反応
を誘起できる程度の大きさのエネルギーに高めることが
できれば良い。
【0039】ここで、レーザ光線18の照射領域は一定
の面積を有しているので、正イオンの高密度領域は直径
数十μm、厚み10μm以下程度のシート状のものとな
り、平面的な電位分布が形成される。したがって、この
電界によって加速される正イオンはレーザ光線18の照
射面に対して垂直で、かつレーザの照射源であるレーザ
光線照射手段12から離れる方向、即ち、照射部材11
の後方のターゲット材13に向けて進む。なお、実験で
は、正イオンの流れであるイオンビームの方向は全角4
0度程度の広がりがあった。
【0040】本実施形態では、レーザ光線18を照射部
材11の重水素置換プラスチック層15に照射している
ので、高エネルギーの正イオンとして主に重水素イオン
が発生する。つまり、レーザ光線18を照射部材11に
照射することで、高エネルギー粒子19としての重水素
原子核を発生させることができる。この高エネルギーの
重水素イオン(重水素原子核)はボロン片であるターゲ
ット材13に照射される(ステップS3)。したがっ
て、ターゲット材13では10B(d,n)11Cで表
される核反応が生じる(ステップS4)。このため、炭
素−11(11C)と中性子(n)を生産することがで
きる。なお、核反応はターゲット材13の表面から例え
ば1mmの深さまでの領域13aで発生する。したがっ
て、生成物である炭素−11がターゲット材13のどこ
に存在するかが明らかである。
【0041】なお、照射部材11に重水素置換プラスチ
ック層15の形成を省略しても良く、また、ターゲット
材13としてはボロン−10を濃縮していないものを使
用しても良い。この場合には、高エネルギーの正イオン
として主に水素イオンが発生する。つまり、レーザ光線
18を照射部材11に照射することで、高エネルギー粒
子19としての水素原子核を発生させることができる。
この高エネルギーの水素イオン(水素原子核)がターゲ
ット材13に照射されると11B(p,n) Cで表
される核反応が生じる。このため、炭素−11と中性子
を生産することができる。
【0042】炭素−11は半減期20分のほぼ純粋なポ
ジトロン源であり、医療や材料の欠陥検査などに使用す
ることができる。また、半減期が20分と短いために一
晩経過すると放射能が大きく減衰し、ナトリウム−22
などと比較すると放射性物質管理上大きなメリットがあ
る。前述のレーザ出力では、レーザ光線18の1パルス
あたり2ナノキューリの炭素−11を生成することが可
能である。これを10Hzのパルス繰り返しのレーザ装
置を用いて1時間程度照射を繰り返すことにより、10
マイクロキューリ以上の炭素−11を得ることができ
る。この値は校正用線源などとして既に市販されている
ナトリウム−22と同じレベルに相当する。
【0043】なお、レーザ光線18の照射領域から追い
出されて加速された電子は高エネルギーの電子であり、
照射部材11やその他の物質等を透過する際に主として
制動輻射により高エネルギーのX線を発生させる。この
X線は、高エネルギー電子が進んでいた方向に発生する
ので、レーザ光線18の照射面に対して垂直で、かつレ
ーザ光線照射手段12から離れる方向に向けて発生す
る。
【0044】また、発生したX線のうち1.02(=
0.51×2)MeVよりも大きなエネルギーを有して
いるものは、他の物質との相互作用により電子対を生成
させることもある。即ち、高エネルギーのポジトロン
(陽電子)と電子の発生が可能である。つまり、レーザ
光線18を照射部材11に照射することで、高エネルギ
ー粒子19としての電子、X線(電磁波)、陽電子を発
生させることができる。
【0045】一方、レーザ光線18の照射によって発生
する高エネルギーの正イオンは照射部材11中の他の物
質との間で核融合反応や核分裂反応を起こさせることが
可能である。そして、これらの反応で生じたγ線によっ
て(γ,n)反応などが引き起こされ、反応前元素の同
位体と中性子が生成される。
【0046】照射部材11とターゲット材13の材料の
組み合わせを変えることで、上述の 10B(d,n)
11C反応、11B(p,n)11C反応の他にも種々
の核反応を誘起することができる。例えば、照射部材1
1として水素原子を含むものを使用することで、高エネ
ルギーの正イオンとして主に水素原子核(p)が発生す
るので、この高エネルギーの水素原子核を、窒素−14
を含むターゲット材13に照射することで、14
(p,α)11Cで表される核融合反応を誘起すること
ができ、短寿命放射性同位体である炭素−11とα粒子
を生成することができる。また、高エネルギー粒子19
として水素原子核を、酸素−16を含むターゲット材1
3に照射することで、16O(p,α)13Nで表され
る核融合反応を誘起することができ、短寿命放射性同位
体である窒素−13とα粒子を生成することができる。
さらに、高エネルギー粒子19として水素原子核を、酸
素−18を含むターゲット材13に照射することで、
18O(p,n)18Fで表される核融合反応を誘起す
ることができ、短寿命放射性同位体であるフッ素−18
と中性子を生成することができる。また、高エネルギー
粒子19として水素原子核を、ボロン−10を含むター
ゲット材13に照射することで、10B(p,α)
eで表される核融合反応を誘起することができ、短寿命
放射性同位体であるベリリウム−7とα粒子を生成する
ことができる。また、高エネルギー粒子19として水素
原子核を、窒素−15を含むターゲット材13に照射す
ることで、15N(p,n)15Oで表される核融合反
応を誘起することができ、短寿命放射性同位体である酸
素−15と中性子を生成することができる。
【0047】また、照射部材11として重水素原子を含
むものを使用することで、高エネルギーの正イオンとし
て主に重水素原子核(d)が発生するので、この高エネ
ルギーの重水素原子核を、炭素−12を含むターゲット
材13に照射することで、 C(d,n)13Nで表
される核融合反応を誘起することができ、短寿命放射性
同位体である窒素−13と中性子を生成することができ
る。また、高エネルギー粒子19として重水素原子核
を、窒素−14を含むターゲット材13に照射すること
で、14N(d,n)15Oで表される核融合反応を誘
起することができ、短寿命放射性同位体である酸素−1
5と中性子を生成することができる。さらに、高エネル
ギー粒子19として重水素原子核を、ネオン−20を含
むターゲット材13に照射することで、20Ne(d,
α)18Fで表される核融合反応を誘起することがで
き、短寿命放射性同位体であるフッ素−18とα粒子を
生成することができる。
【0048】さらに、上述の出力のレーザ光線18の照
射によって発生するX線、正イオン等の粒子のエネルギ
ーは核分裂反応の閾値以上になるため、容易に核反応を
誘起することができる。例えば、照射部材11として水
素原子を含むものを、ターゲット材13としてウラン等
を含むものを使用し、高エネルギー、例えば10MeV
程度のエネルギーを持つ水素イオンをターゲット材13
に照射することでウラン等に核分裂反応を起こさせるこ
とが可能である。
【0049】また、原子核を励起することも可能であ
る。即ち、レーザ光線18を照射部材11に照射するこ
とで発生する高エネルギー粒子19によってターゲット
材13中の原子核を励起して核異性体を生成することが
できる。核異性体がより安定した核異性体に変化する核
異性体転移現象では一定エネルギーのγ線が放出される
ので、ラインスペクトルのγ線源を得ることができると
ともに、γ線レーザへの展開が可能である。
【0050】本発明では、核反応を誘起する高エネルギ
ー粒子19を発生させるために超短パルスのレーザ光線
18を使用しているので、原子炉や加速器等を使用して
核反応を誘起する場合に比べて、装置を大幅に小型化す
ることができるとともに、遮蔽設備を簡単なものにする
ことができる。このため、核反応を利用して製造される
放射性同位体等を低コストで提供することができる。ま
た、放射線の管理が容易になる。さらに、放射線医療施
設等の放射性同位体の消費場所により近い場所で放射性
同位体の製造が可能になり、特に半減期の短い放射性同
位体の製造に適している。
【0051】また、本発明はレーザ光線18を照射する
ことで核反応を誘起するので、核反応の制御が簡単であ
る。つまり、レーザ光線18のオン・オフによって核反
応を誘起したり停止させたりすることができる。また、
レーザ光線18の照射密度や出力等によって発生させる
高エネルギー粒子19のエネルギーを調整することがで
き、核反応の量を制御することができる。
【0052】なお、上述の形態は本発明の好適な形態の
一例ではあるがこれ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種々変形実施可能であ
る。例えば、上述の説明では、照射部材11とターゲッ
ト材13を異なる部材としていたが、これらを同一部材
としてレーザ光線18を照射した部材に含まれる原子核
に核反応を誘起するようにしても良い。この場合には、
核反応の起きる範囲をレーザ光線18の照射領域の近傍
に限定することができる。
【0053】また、上述の説明では、高エネルギー粒子
19が主に水素原子核又は重水素原子核である場合につ
いて説明したが、例えば主に三重水素原子核であっても
良く、さらには、これらが混じったものであっても良
い。
【0054】また、核反応による生成物の半減期よりも
短い間隔でレーザ光線18の照射を繰り返し行うように
しても良い。この様にすることで、半減期の短い生成物
を蓄積することができる。
【0055】さらに、上述の説明では、照射部材11を
薄膜としていたが、ガスジェットでも良い。即ち、例え
ばガスの高速流にレーザ光線18を照射するようにして
も良い。
【0056】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の核反応の
誘起方法では、照射部材の電離が可能なエネルギーのレ
ーザ光線を照射部材に瞬間的に照射して高エネルギー粒
子を発生させ、この高エネルギー粒子をターゲット材に
照射して核反応を誘起するので、簡便に核反応を誘起す
ることができる。すなわち、原子炉や加速器を使用して
核反応を誘起する場合に比べて、取り扱いが容易で、し
かも低コストで核反応を誘起することができる。このた
め、大型構造物の設備診断、医療応用などに使用される
種々のX線、電子ビーム、イオンビーム、放射性同位体
等を低コストで簡便に供給することができる。また、線
源として放射性同位体を使用する必要がないので、放射
線管理面でも有利である。
【0057】また、本発明の核反応誘起装置では、照射
部材と、該照射部材の電離が可能なエネルギーのレーザ
光線を照射部材に照射して高エネルギー粒子を発生させ
るレーザ光線照射手段と、高エネルギー粒子によって核
反応を誘起される原子核を含むターゲット材を備えてい
るので、簡便な装置で核反応を誘起することができる。
このため、低コストで放射性同位体や線源を得ることが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る核反応の誘起方法を示すフローチ
ャートである。
【図2】本発明に係る核反応誘起装置を示す概念図であ
る。
【図3】レーザ光線の強さと発生するイオンの最大エネ
ルギーとの関係を示す図である。
【符号の説明】
11 照射部材 12 レーザ光線照射手段 13 ターゲット材 18 レーザ光線 19 高エネルギー粒子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 597015922 ザ リージェンツ オブ ザ ユニバーシ ティ オブ ミシガン The Regents of the University of Michi gan アメリカ合衆国 ミシガン 48109−1280, アン アーバー, エス. ステイト ストリート 3003, ルーム 2071, ウ ォルベリン タワー Wolverine Tower, Ro om 2071, 3003 S. State Street, Ann Arbor, MI 48109−1280, U.S.A. (72)発明者 根本 孝七 東京都狛江市岩戸北2−11−1 財団法人 電力中央研究所 狛江研究所内 (72)発明者 名雪 琢弥 東京都狛江市岩戸北2−11−1 財団法人 電力中央研究所 狛江研究所内 (72)発明者 アナトリー, マクシムチャック アメリカ合衆国 48109−2099 ミシガン 州 アン アーバー, ボニスティール 2200, アイエスティー ビルディング ユニバーシティー オブ ミシガン, セ ンター フォー ウルトラファスト オプ ティカル サイエンス内 (72)発明者 バレリー ユ. バイセンコフ アメリカ合衆国 48109−2099 ミシガン 州 アン アーバー, ボニスティール 2200, アイエスティー ビルディング ユニバーシティー オブ ミシガン, セ ンター フォー ウルトラファスト オプ ティカル サイエンス内 (72)発明者 スディープ バネルジー アメリカ合衆国 48109−2099 ミシガン 州 アン アーバー, ボニスティール 2200, アイエスティー ビルディング ユニバーシティー オブ ミシガン, セ ンター フォー ウルトラファスト オプ ティカル サイエンス内 (72)発明者 シャオティング グ アメリカ合衆国 48109−2099 ミシガン 州 アン アーバー, ボニスティール 2200, アイエスティー ビルディング ユニバーシティー オブ ミシガン, セ ンター フォー ウルトラファスト オプ ティカル サイエンス内 (72)発明者 カーク フリッポ アメリカ合衆国 48109−2099 ミシガン 州 アン アーバー, ボニスティール 2200, アイエスティー ビルディング ユニバーシティー オブ ミシガン, セ ンター フォー ウルトラファスト オプ ティカル サイエンス内 (72)発明者 ジェラルド モウロウ アメリカ合衆国 48109−2099 ミシガン 州 アン アーバー, ボニスティール 2200, アイエスティー ビルディング ユニバーシティー オブ ミシガン, セ ンター フォー ウルトラファスト オプ ティカル サイエンス内 (72)発明者 ドナルド アムシュタッダー アメリカ合衆国 48109−2099 ミシガン 州 アン アーバー, ボニスティール 2200, アイエスティー ビルディング ユニバーシティー オブ ミシガン, セ ンター フォー ウルトラファスト オプ ティカル サイエンス内

Claims (22)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 照射部材の電離が可能なエネルギーのレ
    ーザ光線を前記照射部材に瞬間的に照射して高エネルギ
    ー粒子を発生させ、この高エネルギー粒子をターゲット
    材に照射して核反応を誘起することを特徴とする核反応
    の誘起方法。
  2. 【請求項2】 前記レーザ光線は、パルス幅が10ピコ
    秒以下のパルスレーザ光線であることを特徴とする請求
    項1記載の核反応の誘起方法。
  3. 【請求項3】 前記ターゲット材と前記照射部材は同一
    部材であることを特徴とする請求項1または2記載の核
    反応の誘起方法。
  4. 【請求項4】 前記ターゲット材は、前記照射部材と異
    なる部材であることを特徴とする請求項1または2記載
    の核反応の誘起方法。
  5. 【請求項5】 前記高エネルギー粒子を100キロ電子
    ボルト以上の運動エネルギーに加速できる大きさのエネ
    ルギーを有するレーザ光線を前記照射部材に照射するこ
    とを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の核反
    応の誘起方法。
  6. 【請求項6】 前記高エネルギー粒子は、電子、電磁
    波、正イオンのうち少なくともいずれか一つであること
    を特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の核反応
    の誘起方法。
  7. 【請求項7】 前記高エネルギー粒子を前記照射部材の
    レーザ照射面に対して垂直かつレーザの照射源から離れ
    る方向に加速することを特徴とする請求項1から6のい
    ずれかに記載の核反応の誘起方法。
  8. 【請求項8】 前記高エネルギー粒子は水素原子核、重
    水素原子核、三重水素原子核のうち少なくともいずれか
    一つであり、当該高エネルギー粒子を前記ターゲット材
    に照射して核融合反応を誘起することを特徴とする請求
    項1から7のいずれかに記載の核反応の誘起方法。
  9. 【請求項9】 高エネルギー粒子として水素原子核を、
    ボロン−11を含むターゲット材に照射し、11
    (p,n)11Cで表される核融合反応を誘起すること
    を特徴とする請求項8記載の核反応の誘起方法。
  10. 【請求項10】 高エネルギー粒子として重水素原子
    を、ボロン−10を含むターゲット材に照射し、10
    (d,n)11Cで表される核融合反応を誘起すること
    を特徴とする請求項8記載の核反応の誘起方法。
  11. 【請求項11】 高エネルギー粒子として水素原子核
    を、ボロン−10を含むターゲット材に照射し、10
    (p,α)Beで表される核融合反応を誘起すること
    を特徴とする請求項8記載の核反応の誘起方法。
  12. 【請求項12】 高エネルギー粒子として重水素原子
    を、炭素−12を含むターゲット材に照射し、12
    (d,n)13Nで表される核融合反応を誘起すること
    を特徴とする請求項8記載の核反応の誘起方法。
  13. 【請求項13】 高エネルギー粒子として水素原子核
    を、窒素−14を含むターゲット材に照射し、14
    (p,α)11Cで表される核融合反応を誘起すること
    を特徴とする請求項8記載の核反応の誘起方法。
  14. 【請求項14】 高エネルギー粒子として水素原子核
    を、酸素−16を含むターゲット材に照射し、16
    (p,α)13Nで表される核融合反応を誘起すること
    を特徴とする請求項8記載の核反応の誘起方法。
  15. 【請求項15】 高エネルギー粒子として重水素原子核
    を、窒素−14を含むターゲット材に照射し、14
    (d,n)15Oで表される核融合反応を誘起すること
    を特徴とする請求項8記載の核反応の誘起方法。
  16. 【請求項16】 高エネルギー粒子として水素原子核
    を、窒素−15を含むターゲット材に照射し、15
    (p,n)15Oで表される核融合反応を誘起すること
    を特徴とする請求項8記載の核反応の誘起方法。
  17. 【請求項17】 高エネルギー粒子として重水素原子核
    を、ネオン−20を含むターゲット材に照射し、20
    e(d,α)18Fで表される核融合反応を誘起するこ
    とを特徴とする請求項8記載の核反応の誘起方法。
  18. 【請求項18】 高エネルギー粒子として水素原子核
    を、酸素−18を含むターゲット材に照射し、18
    (p,n)18Fで表される核融合反応を誘起すること
    を特徴とする請求項8記載の核反応の誘起方法。
  19. 【請求項19】 核反応による生成物の半減期よりも短
    い間隔で前記レーザ光線の照射を繰り返し行うことを特
    徴とする請求項1から18のいずれかに記載の核反応の
    誘起方法。
  20. 【請求項20】 前記照射部材は、薄膜またはガスジェ
    ットであることを特徴とする請求項1から19のいずれ
    かに記載の核反応の誘起方法。
  21. 【請求項21】 前記高エネルギー粒子を前記ターゲッ
    ト材に照射して前記ターゲット材中の原子核を励起させ
    ることを特徴とする請求項1から7、19、20のいず
    れかに記載の核反応の誘起方法。
  22. 【請求項22】 照射部材と、該照射部材の電離が可能
    なエネルギーのレーザ光線を前記照射部材に照射して高
    エネルギー粒子を発生させるレーザ光線照射手段と、前
    記高エネルギー粒子によって核反応を誘起される原子核
    を含むターゲット材を備えることを特徴とする核反応誘
    起装置。
JP2000295208A 2000-09-27 2000-09-27 核反応の誘起方法および核反応誘起装置 Expired - Fee Related JP4913938B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000295208A JP4913938B2 (ja) 2000-09-27 2000-09-27 核反応の誘起方法および核反応誘起装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000295208A JP4913938B2 (ja) 2000-09-27 2000-09-27 核反応の誘起方法および核反応誘起装置

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011275774A Division JP5134723B2 (ja) 2011-12-16 2011-12-16 核反応の誘起方法および核反応誘起装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2002107494A true JP2002107494A (ja) 2002-04-10
JP4913938B2 JP4913938B2 (ja) 2012-04-11

Family

ID=18777670

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2000295208A Expired - Fee Related JP4913938B2 (ja) 2000-09-27 2000-09-27 核反応の誘起方法および核反応誘起装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4913938B2 (ja)

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003337200A (ja) * 2002-05-17 2003-11-28 Natl Inst Of Radiological Sciences 極低温クラスタ/スラッシュガスターゲットの製造方法とその装置
JP2004191124A (ja) * 2002-12-10 2004-07-08 Central Res Inst Of Electric Power Ind 高エネルギー粒子の発生方法および高エネルギー粒子発生装置
JP2004212181A (ja) * 2002-12-27 2004-07-29 Hamamatsu Photonics Kk 重陽子発生ターゲット及び重陽子発生ターゲット装置
WO2004095473A1 (ja) * 2003-04-23 2004-11-04 Japan Science And Technology Agency 高速粒子発生装置
US6909764B2 (en) * 2000-11-08 2005-06-21 The Regents Of The University Of Michigan Method and apparatus for high-energy generation and for inducing nuclear reactions
JP2006242647A (ja) * 2005-03-01 2006-09-14 Central Res Inst Of Electric Power Ind 高エネルギー粒子発生方法及び高エネルギー粒子発生装置
JP2007215774A (ja) * 2006-02-16 2007-08-30 Graduate School For The Creation Of New Photonics Industries 遺伝子改変装置
JP2008022994A (ja) * 2006-07-19 2008-02-07 Japan Atomic Energy Agency 粒子線治療装置
JP2009014671A (ja) * 2007-07-09 2009-01-22 Hamamatsu Photonics Kk レーザプラズマイオン源用ターゲットおよびレーザプラズマイオン発生装置
JP2011108579A (ja) * 2009-11-20 2011-06-02 Japan Atomic Energy Agency 荷電粒子加速方法及び荷電粒子加速装置、粒子線照射装置、医療用粒子線照射装置
WO2011074612A1 (ja) 2009-12-16 2011-06-23 浜松ホトニクス株式会社 核融合ターゲット材、核融合装置、及び核融合方法
JP2012513085A (ja) * 2008-12-18 2012-06-07 イサム・リサーチ・デベロツプメント・カンパニー・オブ・ザ・ヘブルー・ユニバーシテイ・オブ・エルサレム・リミテッド 高速イオンを発生させるためのシステム及び方法
US9236215B2 (en) 2009-12-20 2016-01-12 HIL Applied Medical, Ltd. System for fast ions generation and a method thereof
KR101628168B1 (ko) * 2015-03-06 2016-06-08 한국원자력연구원 튜브형 타겟을 구비한 레이저 유도 중성자 발생장치

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09251096A (ja) * 1996-03-18 1997-09-22 Kagaku Gijutsu Shinko Jigyodan 酸素添加反応の放射検出方法
JPH09318799A (ja) * 1996-05-28 1997-12-12 Sumitomo Heavy Ind Ltd 13n−アンモニアの製造方法及び装置
JPH10206597A (ja) * 1997-01-23 1998-08-07 Rikagaku Kenkyusho 低速陽電子ビーム発生方法及び装置
JP2001013296A (ja) * 1999-06-28 2001-01-19 Hitachi Ltd 放射性核種製造装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09251096A (ja) * 1996-03-18 1997-09-22 Kagaku Gijutsu Shinko Jigyodan 酸素添加反応の放射検出方法
JPH09318799A (ja) * 1996-05-28 1997-12-12 Sumitomo Heavy Ind Ltd 13n−アンモニアの製造方法及び装置
JPH10206597A (ja) * 1997-01-23 1998-08-07 Rikagaku Kenkyusho 低速陽電子ビーム発生方法及び装置
JP2001013296A (ja) * 1999-06-28 2001-01-19 Hitachi Ltd 放射性核種製造装置

Cited By (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6909764B2 (en) * 2000-11-08 2005-06-21 The Regents Of The University Of Michigan Method and apparatus for high-energy generation and for inducing nuclear reactions
JP2003337200A (ja) * 2002-05-17 2003-11-28 Natl Inst Of Radiological Sciences 極低温クラスタ/スラッシュガスターゲットの製造方法とその装置
JP2004191124A (ja) * 2002-12-10 2004-07-08 Central Res Inst Of Electric Power Ind 高エネルギー粒子の発生方法および高エネルギー粒子発生装置
JP4641139B2 (ja) * 2002-12-10 2011-03-02 財団法人電力中央研究所 高エネルギー粒子の発生方法および高エネルギー粒子発生装置
JP2004212181A (ja) * 2002-12-27 2004-07-29 Hamamatsu Photonics Kk 重陽子発生ターゲット及び重陽子発生ターゲット装置
US7460228B2 (en) 2003-04-23 2008-12-02 Japan Science And Technology Agency Fast particle generating apparatus
JP2004325198A (ja) * 2003-04-23 2004-11-18 Japan Science & Technology Agency 高速粒子発生装置
WO2004095473A1 (ja) * 2003-04-23 2004-11-04 Japan Science And Technology Agency 高速粒子発生装置
JP2006242647A (ja) * 2005-03-01 2006-09-14 Central Res Inst Of Electric Power Ind 高エネルギー粒子発生方法及び高エネルギー粒子発生装置
JP2007215774A (ja) * 2006-02-16 2007-08-30 Graduate School For The Creation Of New Photonics Industries 遺伝子改変装置
JP4713362B2 (ja) * 2006-02-16 2011-06-29 学校法人光産業創成大学院大学 遺伝子改変装置
JP2008022994A (ja) * 2006-07-19 2008-02-07 Japan Atomic Energy Agency 粒子線治療装置
JP2009014671A (ja) * 2007-07-09 2009-01-22 Hamamatsu Photonics Kk レーザプラズマイオン源用ターゲットおよびレーザプラズマイオン発生装置
KR101564360B1 (ko) 2008-12-18 2015-10-29 이섬 리서치 디벨러프먼트 컴파니 오브 더 히브루 유니버시티 오브 예루살렘 엘티디. 고속 이온 생성 시스템 및 그 생성 방법
JP2012513085A (ja) * 2008-12-18 2012-06-07 イサム・リサーチ・デベロツプメント・カンパニー・オブ・ザ・ヘブルー・ユニバーシテイ・オブ・エルサレム・リミテッド 高速イオンを発生させるためのシステム及び方法
US20160351369A1 (en) * 2008-12-18 2016-12-01 Yissum Research Development Company Of Hebrew University Of Jerusalem, Ltd. System For Fast Ions Generation And A Method Thereof
US9711319B2 (en) * 2008-12-18 2017-07-18 Yissum Research Development Company Of The Hebrew University Of Jerusalem, Ltd. System for fast ions generation and a method thereof
JP2011108579A (ja) * 2009-11-20 2011-06-02 Japan Atomic Energy Agency 荷電粒子加速方法及び荷電粒子加速装置、粒子線照射装置、医療用粒子線照射装置
WO2011074612A1 (ja) 2009-12-16 2011-06-23 浜松ホトニクス株式会社 核融合ターゲット材、核融合装置、及び核融合方法
CN102714062A (zh) * 2009-12-16 2012-10-03 浜松光子学株式会社 核聚变靶材、核聚变装置以及核聚变方法
CN102714062B (zh) * 2009-12-16 2015-04-01 浜松光子学株式会社 核聚变靶材、核聚变装置以及核聚变方法
US9363882B2 (en) 2009-12-16 2016-06-07 Hamamatsu Photonics K.K. Neutron generation target, device, and method
US9236215B2 (en) 2009-12-20 2016-01-12 HIL Applied Medical, Ltd. System for fast ions generation and a method thereof
KR101628168B1 (ko) * 2015-03-06 2016-06-08 한국원자력연구원 튜브형 타겟을 구비한 레이저 유도 중성자 발생장치

Also Published As

Publication number Publication date
JP4913938B2 (ja) 2012-04-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6909764B2 (en) Method and apparatus for high-energy generation and for inducing nuclear reactions
Rosmej et al. High-current laser-driven beams of relativistic electrons for high energy density research
Wang et al. Power scaling for collimated γ-ray beams generated by structured laser-irradiated targets and its application to two-photon pair production
Tajima Laser acceleration in novel media
Moreau et al. Enhanced electron acceleration in aligned nanowire arrays irradiated at highly relativistic intensities
JP4913938B2 (ja) 核反応の誘起方法および核反応誘起装置
Tsymbalov et al. Efficient electron injection by hybrid parametric instability and forward direct laser acceleration in subcritical plasma
Rosmej et al. Bright betatron radiation from direct-laser-accelerated electrons at moderate relativistic laser intensity
US9839113B2 (en) Solid media wakefield accelerators
Bulanov et al. Neutrino oscillation studies with laser-driven beam dump facilities
CN112309590A (zh) 一种低温可控核聚变装置及其实现方式
JP2002107499A (ja) 高エネルギー粒子の発生方法およびこれを利用した放射化分析方法と、高エネルギー粒子発生装置および放射化分析装置
Hadjisolomou et al. Gamma-ray flash in the interaction of a tightly focused single-cycle ultra-intense laser pulse with a solid target
Kolenatý et al. Electron-positron pairs and radioactive nuclei production by irradiation of high-Z target with γ-photon flash generated by an ultra-intense laser in the λ 3 regime
Jiang et al. Microstructure-assisted laser-driven photonuclear pulsed neutron source
JP5134723B2 (ja) 核反応の誘起方法および核反応誘起装置
Ledingham Laser induced nuclear physics and applications
Koltsov Prospects for Plasma De-Excitation of 186 m Re Nuclear Isomer
US6252921B1 (en) Nuclear isomers as neutron and energy sources
Raffestin et al. Modeling of high-energy particles and radiation production for multipetawatt laser facilities
Ledingham et al. Laser-induced nuclear physics and applications
Silano et al. Selective activation with all-laser-driven Thomson γ-rays
Rosmej et al. High current well-directed beams of super-ponderomotive electrons for laser driven nuclear physics applications
Hadjisolomou et al. Attosecond gamma-ray flashes and electron-positron pairs in dyadic laser interaction with micro-wire
Sarri et al. A table-top laser-based source of short, collimated, ultra-relativistic positron beams

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20070129

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20090916

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20091216

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20100120

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20100520

A911 Transfer of reconsideration by examiner before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20110111

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110920

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20111216

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20120117

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20120120

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150127

Year of fee payment: 3

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees