JP2002148400A - インバータ式核破砕ターゲットシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 核破砕ターゲットシステムの１次系システム
を構成するターゲットキャプセルの構造に関するもので
あり、そのキャプセルの交換作業が放射性物質の漏洩な
く容易に行えるものである。 【解決手段】 ターゲットシステムの放射化したターゲ
ット用液体金属が流れる領域を１次系とし、その１次系
において液体金属を駆動する電磁ポンプとその流量を計
測する電磁流量計が設置された部分が２重配管系になっ
ており、液体金属がターゲット入射部において折り返
し、ダンプタンク兼熱交換器に戻り、液体金属を冷却後
循環される核破砕ターゲットシステム。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、核破砕ターゲット
システムの１次系冷却システムに関するものである。特
に、本発明は、核破砕ターゲットの１次系システムを構
成するターゲットの構造に関するものであり、そのター
ゲット窓部の交換作業が他の配管の切断なしに容易に行
えるものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の核破砕ターゲットシステムの１次
系冷却システムにおいては、配管系で循環ループを構成
し、その配管に様々な機器を取り付けるシステムであっ
た。

【０００３】従来の核破砕ターゲットシステムは、図６
に示されるように、鉄遮蔽体内に設けられたヘリウムガ
ス雰囲気の室中にターゲット容器が収納され、この容器
内に入れられた被照射試験片に陽子ビームが容器壁を透
過して照射されるが、この容器は循環使用される鉛ビス
マスターゲットで冷却されている。この鉛ビスマス冷却
系では、ダンプタンクからの冷媒が、ターゲット容器を
冷却後、冷却器で冷却され、膨張タンク、流量計及びポ
ンプを備えた配管構造を経てターゲット容器の冷却に循
環使用される。このような従来の冷却システムにおいて
は配管により冷却材の循環ループを構成するためにその
配管構造が複雑であった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】核破砕ターゲットシス
テムの窓部は、破損を防ぐために定期的に交換される必
要がある。この際に従来のシステム装置のように配管系
でループを構成した場合は、その配管の切り離しを数カ
所で行わなければならず、そのシステム装置で使用され
る放射性物質の漏洩の危険性を持っていた。又そのシス
テム装置の運転中においても、配管を簡単に切り離すた
めの接合部を有しているため、その接合部からの放射性
物質の漏洩の危険性も多い。更に又、そのシステム装置
の１次系システムの交換作業においては、システムが大
きいために時間とコストがかかることになる。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記問題点に
鑑み、核破砕ターゲットシステムの１次系システムの構
成を、窓部を交換する際に切り離しのために必要となる
接続部を１カ所に限定したコンパクトなユニットとする
ことにより問題を解決するものである。

【０００６】即ち、本発明においては、流体（液体金
属）を流す配管を二重管とし、窓部でセンターリターン
する流路構成にすることにより、外観上は１本の配管で
構成されたものとなる。そして、この外観上一本に見え
る部分（二重配管部）に流体駆動用電磁ポンプと流量測
定用の電磁流量計を備えて、この電磁ポンプ及び電磁流
量計を備えたダクト（二重配管部）がこれらの装置から
抜き差しが出来る様にすることによって問題を解決でき
る。

【０００７】具体的には、本発明の核破砕ターゲットシ
ステムは、（１） 陽子ビームが入射される窓部、液体
金属用のポンプ及びその流量計を有する二重管（ａ）、
並びに一端が前記窓部に隣接し、その他端がダンプタン
ク兼熱交換器の底部に達している前記二重管内に設けら
れた断熱性内管（ｂ）を備えたアンプル状キャプセル型
の１次系の破砕ターゲットシステムと、（２） 前記ダ
ンプタンク兼熱交換器の下部を冷却するための冷却液を
収容し、その冷却液を循環して冷却するための循環管を
有する冷却タンクを備えた２次系システムとから構成さ
れ、前記ポンプにより、陽子ビームの入射により加熱さ
れた液体金属を、前記断熱性内管を経てダンプタンク兼
熱交換器底部に供給して前記冷却タンクにおいて冷却後
に前記窓部に循環することからなるものである。

【０００８】

【発明の実施の形態】ターゲットシステムの１次系シス
テムにおいては、陽子がターゲット用液体金属に入射さ
れると、この部分で大きな発熱がある。この熱を除熱し
ないと液体金属の温度が上昇して、耐熱温度を超えてし
まう。そこで、ターゲットの液体金属が流れる流路を二
重管とし、低温側を外にして、液体がターゲット部で折
り返して中心部を流れて行けば、材料の耐食上、耐圧上
有利に働き、高温になった液体が２重管の中心側を流れ
て行くことになる。又、二重管の内管を断熱構造にして
おけば、内管を通じて内側の熱が二重管の外管側の流体
に熱交換されずに、ダンプタンク兼熱交換器の伝熱面へ
と導かれることになる。そこで、一次系の除熱を確保す
る為、ダンプタンク兼熱交換容器が大きくなっている。

【０００９】本発明におけるターゲットシステムの１次
系システム（液体金属ターゲットシステム）及び２次系
システム（液体金属ターゲットの冷却システム）からな
るターゲットキャプセルの基本的条件と基本的コンセプ
トは、次のとおりである。

【００１０】１．基本的条件 （１）液体金属ターゲットは原子数密度の大きいＰｂを
ベースにした合金が選定され、その中で第一候補はＰｂ
−Ｂｉである。

【００１１】（２）陽子ビームによるＰｂ−Ｂｉへの入
熱は６０％〜７０％である。 （３）液体金属ターゲットの流速は１ｍ／ｓ程度とす
る。 （４）Ｐｂ−ＢｉのＢｉは放射化し、²¹⁰Ｐｏ（放射性
毒物）を発生するので、Ｐｂ−Ｂｉを最小容積にする。

【００１２】（５）ループの接合は誘導放射場のため、
困難であり、簡易に交換できる構造とする。 （６）Ｆｅ遮蔽体の厚さは３ｍ程度で、その後ろはコン
クリートによる遮蔽とする。

【００１３】（７）Ｐｂ−Ｂｉの予熱系、電磁ポンプの
動力ケーブル、センサーケーブル等のフィードスルー
は、最小限にする。 ２．基本的コンセプト ターゲットキャプセルは簡易に交換できる構造にするた
め、１次系と２次系を分けて、１次系をアンプル型と
し、ターゲット照射位置に抜き差しができる構造とし、
１次系の熱を２次系のプールで冷却する方式とする。１
次系の液体金属ターゲットは、電磁ポンプにより循環さ
せ、電磁流量計と熱電対で流量と温度管理をする。２次
系のプールは、オーバーフローをしないようにレベル計
でモニターし、２次系の冷却ループは、電磁ポンプ、電
磁流量計、ドレンタンク、冷却器等で構成する。液体金
属が接する構造材は、基本的にはＣｒ−Ｍｏ鋼とする
が、電磁ポンプと電磁流量計周りの材質は非磁性体のス
テンレス鋼とする。以下、実施例に基づいてターゲット
キャプセルの基本的な構造を示す。

【００１４】

【実施例】（実施例１）図１に示されるとおり、核破砕
ターゲットシステム装置は、液体金属ターゲットを有す
る１次系システム１（ターゲットキャプセル）とこの系
の液体金属を冷却する２次系システム２とから構成され
る。液体金属は、タンク３内に収容され、電磁ポンプ４
により、二重管１３の真空又は断熱材により断熱された
内管５の先端部の陽子ビーム６が照射される窓部から二
重管内に吐出され、二重管のタンク底面に向けて開口し
た他端部からタンク内に放出されて循環流を形成する。
この二重管内を流れる液体金属の流速は電磁電流計７に
よって測定される。

【００１５】液体金属ターゲットを収容したタンク３の
下部は、冷却タンク８内に収容された冷却液（Ｐｂ−Ｂ
ｉ）内に浸漬されて冷却される。この冷却タンク８に収
容された冷却液は、循環管９により除熱ループ１０に循
環されて冷却後にタンク３の底部の外壁面に放出されて
タンク３内の液体金属を冷却する。この除熱ループは放
射線防護用の遮蔽体で囲まれており、又タンク８内の冷
却液の液面はレベル計１１により測定される。

【００１６】上記装置の長所としては、（１）１次系タ
ーゲットキャプセルは簡単に抜き差しが可能、（２）運
転前作業が少ない、（３）電磁ポンプが１台で済む、
（４）１次系容器内にガス系（加減圧）が要らない、及
び（５）二重配管がＬ字型に曲がって、タンク３が除熱
伝熱する下部にのみあるので、よりリーク量が少ない点
である。

【００１７】（実施例２）図２に示されるとおり、核破
砕ターゲットシステム装置は、液体金属ターゲットを有
する１次系システム１（ターゲットキャプセル）とこの
系の液体金属を冷却する２次系システム２とから構成さ
れる。液体金属は、タンク３内に収容され、電磁ポンプ
４により、二重管１３の真空又は断熱材により断熱され
た内管５先端部の陽子ビーム６が照射される窓部から二
重管内に吐出され、二重管のタンク底面に向けて開口し
た他端部からタンク内に放出されて循環流を形成する。
この二重管内を流れる液体金属の流速は電磁電流計７に
よって測定される。タンク内の圧力は液体金属をタンク
内に充填後にＨｅガスにより加圧され、その圧力はバッ
ファータンクにより適宜調整される。

【００１８】液体金属ターゲットを収容したタンク３の
下部は、冷却タンク８内に収容された冷却液（Ｐｂ−Ｂ
ｉ）内に浸漬されて冷却される。この冷却タンク８に収
容された冷却液は、循環管９により除熱ループ１０に循
環されて冷却後にタンク３の底部の外壁面に放出されて
タンク３内の液体金属を冷却する。この除熱ループは放
射線防護用の遮蔽体で囲まれており、又タンク８内の冷
却液の液面はレベル計１１により測定される。

【００１９】上記装置の長所としては、（１）１次系タ
ーゲットキャプセルは簡単に抜き差しが可能、（２）電
磁ポンプが１台で済む、（３）リーク量が非常に少な
い。リークが発生した場合、電磁ポンプ４を停止か逆運
転させ（電磁ポンプ用駆動電源の３相交流の相を逆転さ
せて流れ方向を変える）、合わせてバッファータンクを
開放し、１次系タンク部Ｈｅ圧力を下げることによっ
て、１次系配管部の液体金属をタンク部に戻す。

【００２０】（実施例３）図３に示されるとおり、核破
砕ターゲットシステム装置は、液体金属ターゲットを有
する１次系システム１（ターゲットキャプセル）とこの
系の液体金属を冷却する２次系システム２とから構成さ
れる。液体金属は、タンク３内に収容され、電磁ポンプ
４により、二重管１３の真空又は断熱材により断熱され
た内管５の先端部の陽子ビーム６が照射される窓部から
二重管内に吐出され、二重管のタンク底面に向けて開口
した他端部からタンク内に放出されて循環流を形成す
る。この二重管内を流れる液体金属の流速は電磁電流計
７によって測定される。タンク３内に液体金属を充填す
る際にはタンク内は減圧にされ、充填後に電磁ポンプ１
６の起動によりタンク内の液面が上下に適宜調整され
る。

【００２１】液体金属ターゲットを収容したタンク３の
下部は、冷却タンク８内に収容された冷却液（Ｐｂ−Ｂ
ｉ）内に浸漬されて冷却される。この冷却タンク８に収
容された冷却液は、循環管９により除熱ループ１０に循
環されて冷却後にタンク３の底部の外壁面に放出されて
タンク３内の液体金属を冷却する。この除熱ループは放
射線防護用の遮蔽体で囲まれており、又タンク８内の冷
却液の液面はレベル計１１により測定される。

【００２２】上記装置の長所としては、（１）１次系タ
ーゲットキャプセルは簡単に抜き差しが可能、（２）リ
ーク量が非常に少ない。リークが発生した場合、電磁ポ
ンプ４を停止か逆運転させることによって、１次系配管
部の液体金属をタンク部に戻す。（３）電磁ポンプ１６
がある為にタンク３内を加圧して溶融金属を押し上げる
圧力を最小にすることができる。これによってタンク３
内の加圧を大気圧以下に設計できる。こうすればリーク
が生じても流体のリークを防止できる。

【００２３】なお、１次系システムを冷却する２次系シ
ステムとしては、図４に示されるようなミスト（水）＋
ガスによる冷却方式と図５に示されるようなコイル状熱
交換器による冷却方式のものがあるが、１次系システム
のターゲットキャプセル構造と２次系システムの冷却構
造の分離が困難なこととそれらの構造が多少複雑になっ
ている。

【００２４】図４の装置においては、１次系システムの
液体金属ターゲット用のタンク３が２次系システムの冷
却用タンク８の内部に配置され、冷媒は、ガス状で入口
１７から供給され、タンク３内の液体金属を冷却後に凝
縮して液化し、出口１８から排出される。

【００２５】又、図５の装置においては、１次系システ
ムの液体金属ターゲット用のタンク３内に２次系システ
ムの冷却用コイル１９が配置され、冷却液は、タンク８
から移送ポンプによりコイル内に供給され、タンク３内
の液体金属を冷却後にタンク８に戻される。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のターゲットキャプセルの１例を示す
図である。

【図２】 本発明のターゲットキャプセルの１例を示す
図である。

【図３】 本発明のターゲットキャプセルの１例を示す
図である。

【図４】 本発明のターゲットキャプセルの１次系冷却
システムの１例を示す図である。

【図５】 本発明のターゲットキャプセルの１次系冷却
システムの１例を示す図である。

【図６】 従来のターゲットステーションを示す図であ
る。

【符号の説明】

１： １次系システム ２： ２次系システム ３： ダンプタンク兼熱交換器 ４： 電磁ポンプ ５： 二重管の内管 ６： 陽子ビーム ７： 電磁流量計 ８： 冷却液タンク ９： 循環管 １０： 除熱ループ １１： レベル計 １２： 陽子入射部の窓部 １３： 二重管 １４： 遮蔽体 １５： 二重管の外管 １６： 電磁ポンプ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山村 千明 茨城県日立市滑川本町３丁目19番５号 助 川電気工業株式会社内 (72)発明者 照山 雄三 茨城県日立市滑川本町３丁目19番５号 助 川電気工業株式会社内 (72)発明者 菊地 賢司 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 佐々 敏信 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 池田 裕二郎 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 大井川 宏之 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 Ｆターム(参考） 2G085 BA17 BD04 BE02 BE08

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 核破砕ターゲットシステムの放射化した
   ターゲット液体金属が流れる領域を１次系とし、その１
   次系において液体金属を駆動する電磁ポンプとその流量
   を計測する電磁流量計が設置された部分が二重配管系に
   なっており、液体金属がターゲット照射窓部において折
   り返し、ダンプタンク兼熱交換器に戻り、そこで液体金
   属が冷却後に循環されるキャプセル型の核破砕ターゲッ
   トシステム。
2. 【請求項２】 １次系の構成を配管ループ系でなくアン
   プル状のキャプセル型ユニットにすることによりコンパ
   クトで交換作業が容易に行えることを特徴とする請求項
   １記載のターゲットシステム。
3. 【請求項３】 核破砕ターゲットとして液体金属が選定
   使用されることを特徴とする請求項１記載のターゲット
   システム。
4. 【請求項４】 １次系において、液体金属を駆動する電
   磁ポンプ、その流量を計測する電磁流量計が、１次系を
   交換する際に独立して切り離すことが出来、そのまま再
   使用できることを特徴とする請求項１記載のターゲット
   システム。
5. 【請求項５】 （１） 陽子ビームが入射される窓部、
   液体金属用のポンプ及びその流量計を有する二重管
   （ａ）、並びに一端が前記窓部に隣接し、その他端がダ
   ンプタンク兼熱交換器の底部に達している前記二重管内
   に設けられた断熱性内管（ｂ）を備えたアンプル状キャ
   プセル型の１次系破砕ターゲットシステムと、 （２） 前記ダンプタンク兼熱交換器の下部を冷却する
   ための冷却液を収容し、その冷却液を循環して冷却する
   ための循環管を有する冷却タンクを備えた２次系冷却シ
   ステムとから構成され、前記ポンプにより、陽子ビーム
   の入射により加熱された液体金属を、前記断熱性内管を
   経てダンプタンク兼熱交換器底部に供給して前記冷却タ
   ンクにおいて冷却後に前記窓部に循環することからなる
   核破砕ターゲットシステム装置。
6. 【請求項６】 二重管の内管が、真空部を構成するか又
   は断熱材を充填するための二重壁を有する請求項５記載
   の装置。
7. 【請求項７】 １次系ターゲットシステム内に液体金属
   ターゲットが空隙なく満たされている請求項５記載の装
   置。
8. 【請求項８】 ダンプタンク兼熱交換器内の液体金属タ
   ーゲットの液面が、タンク内に挿入された二重管の下端
   部の上に位置し、液体金属が二重管の外管と内管との間
   を上昇して循環する請求項７記載の装置。