JP2002514740A - 中性子及び他の粒子の生成方法及び装置 - Google Patents

中性子及び他の粒子の生成方法及び装置

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JP2002514740A JP2000546569A JP2000546569A JP2002514740A JP 2002514740 A JP2002514740 A JP 2002514740A JP 2000546569 A JP2000546569 A JP 2000546569A JP 2000546569 A JP2000546569 A JP 2000546569A JP 2002514740 A JP2002514740 A JP 2002514740A
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Abstract

(57)【要約】 液体重水素で形成された多重マイクロドロップレットのアセンブリに、超高速（フェムト秒）レーザーからのパルスを照射し、該マイクロドロップレットが膨張イオンクラウドとさせられる。その膨張イオンクラウドにおいては、そのイオン化された原子核（重陽子）がクーロンバリアを打ち破り融合により自由中性子、トリチウム原子核およびより多くの運動エネルギーを生成させられるようにするに十分な運動エネルギーを有している。液体重水素のドロップレットは、先ず、赤外線レーザーからのパルスで照射され、ドロップレットのクーロン爆発を生ぜしめて、マイクロドロップレットを形成させる。別の仕方として、ネオンまたはアルゴンの如きより高いＺ原子を含む物質のマイクロドロップレットのアセンブリが超高速レーザーによって照射され、その結果としてプラズマクラウドが衝突し再結合Ｘ線を生成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【背景技術】
自由中性子、即ち原子核に結合されていない中性子は、生物学、原子力及び材
料の研究や、ウラニウムのような重原子核の核分裂を含ませることによる発電に
使用することができる。自由中性子の１つの重要な用途は、高レベル核廃棄物、
特に、危険な長寿命放射性核種の核、例えば、超ウラン及びある可溶性長寿命の
核分裂性生物（例えば、129Ｉ、99Ｔｃ及び135Ｃｓ）を、安定した核種、又は安
定した核種へ減衰する短寿命の放射性核種へと直接転換することである。この手
段により核廃棄物を破壊するには、放射性核種を分離し、中性子で転換プロセス
を行い、そしてこの転換プロセスにより生じる低レベル短寿命の放射性核種を最
終的に廃棄することが必要である。
【０００２】 中性子転換のための既存の方法、例えば、原子炉は、建設及び運転コストが高
く且つ安全性及び環境上の問題を伴う非常に大規模な施設を必要とする。 核廃棄物を転換する中性子束を発生するための２つの方法は、General Electr
ic and Argonne National Laboratoryによって提案された進歩型液体金属原子炉
（ＡＬＭＲ）概念と、Los Alamos National Laboratoryによって提案され、陽子
加速装置（廃棄物の加速装置転換即ちＡＴＷ）を使用する臨界未満原子炉概念と
である。これら方法を適用する装置は、建設及び運転に膨大なコストがかかる。
【０００３】 ディトマイア氏等は、「超加熱された原子クラスターの爆発において発生され
る高エネルギーイオン(High-Energy Ions Produced in Explosion of Superheat
ed Atomic Clusters)」（３８６ Nature ５４（１９９７年３月６日））と題
する論文において、約１００ミリジュールを発生する１５０ｘ１０-15秒パルス
レーザにより照射された重水素及び三重水素ガスクラスターの爆発により生成さ
れるプラズマは、「１ショット当たりほぼ１０6−１０7中性子」の融合収率を示
すと仮定している。たとえこれが達成されても、予想される収率は、転換のよう
な用途にとって有効であるには低過ぎる。 三重水素は、不安定であるが、水素の貴重な同位元素である。三重水素は、主
として、特殊な核分裂原子炉において発生され、必要な中性子束を発生する。こ
のような原子炉は、建設及び運転費用が高い上に、大量の不所望な長寿命放射性
核種の生成を招く。
【０００４】 Ｘ線エネルギーの光子は、生物学からエレクトロニックスまでの多数の分野で
有用である。明るいＸ線源は、特に、それが比較的安価で且つ携帯式である場合
には、これらの分野で非常に有用であり、コヒレントなＸ線を発生することがで
きる。 それ故、著しい電力を消費せず且つ不所望な長寿命の放射性核種を副産物とし
て発生しない比較的簡単で且つ安価な装置で中性子及び他の原子核粒子、例えば
、三重水素核及びＸ線光子を所望量発生することのできる方法及び装置が要望さ
れる。
【０００５】
【発明の開示】
本発明は、その１つの特徴において、自由中性子及び他の原子核粒子、例えば
三重水素を軽い原子核の融合によって発生するための方法及び装置を提供するこ
とである。本発明は、その別の特徴において、Ｘ線光子を発生する方法及び装置
を提供することである。 本発明による方法の１つの実施形態は、自由中性子又は他の所望の原子核粒子
、例えば三重水素核を生成する融合反応に入ることのできる軽い核を含む材料の
極微小滴の雲又は集合体を発生し、これらの極微小滴の集合体に超高速レーザビ
ームを照射し、複数の極微小滴の各々がレーザビームから充分な光子を吸収して
、軽い核より成るイオンを含む膨張するプラズマとなるようにし、そして個々の
極微小滴のプラズマにおいてイオンを衝突させて軽い核の間で所望の融合反応を
発生し、自由中性子及び他の所望の粒子を発生するという段階を含む。材料は重
水素より成るのが好ましい。重水素と三重水素の混合物を使用してもよい。
【０００６】 本発明による装置の実施形態では、融合を受けることのできる核を有する原子
又は分子より成る液体材料を保持するための貯溜器が設けられる。小滴の噴霧又
はジェットを放出する毛細管のような小滴形成装置が貯溜器に取り付けられる。
この噴霧又はジェットを小滴のビームへと整形するための１つ以上のスキマーが
設けられる。第１のレーザを使用して、次々の小滴に光のパルスを照射して、各
小滴をクーロン爆発により極微小滴の雲又は集合体にする。第２レーザは、この
極微小滴の雲にレーザ光線の短く且つ強いパルスを照射し、これが複数の極微小
滴の電子により吸収されて、複数の極微小滴各々の材料が、イオン化された核を
含む膨張するプラズマ球になるようにする。膨張するプラズマ球におけるイオン
化された核が衝突して、核の融合、及び自由中性子及び三重水素核のような所望
粒子の継続的生成を生じさせる。
【０００７】 本発明による方法の別の実施形態は、充分に高いＺ番号の核を含む材料の極微
小滴の集合体を形成し、これらの極微小滴の集合体に超高速レーザビームを照射
して、複数の極微小滴の各々がレーザビームから充分な光子を吸収して、充分に
高いＺ番号の核より成るイオンを含む膨張するプラズマとなるようにし、そして
個々の極微小滴の冷却するプラズマを衝突させて、イオンと電子を再結合させ、
Ｘ線エネルギーの光子を発生するという段階を含む。この方法を実施するための
現在好ましい材料は、アルゴン（Ｚ＝１８）及びネオン（Ｚ＝１０）である。
【０００８】 本発明による装置の実施形態では、充分に大きなＺ番号の核を有する原子又は
分子より成る液体材料を保持するための貯溜器が設けられる。この貯溜器には、
小滴形成装置が取り付けられる。この小滴形成装置からの小滴の噴霧又はジェッ
トを小滴のビームへと整形するためのスキマーが設けられる。第１のレーザを使
用して、次々の小滴に光のパルスを照射して、各小滴をクーロン爆発により極微
小滴の雲又は集合体にする。第２レーザは、この極微小滴の集合体にレーザ光線
の短く且つ強いパルスを照射し、これが複数の極微小滴の電子により吸収されて
、複数の極微小滴各々の材料が、イオン化された核を含む膨張するプラズマ球に
なるようにする。膨張（及び冷却）するプラズマ球におけるイオン化された核が
自由電子と結合し、Ｘ線エネルギーの光子の発生を生じさせる。
【０００９】
【発明を実施するための最良の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の方法及び装置の好ましい実施形態を詳細
に説明する。 本発明の特徴は、ほぼミクロンサイズの重水素（又は重水素／三重水素）小滴
（極微小滴）又は球（固体又は液体でよい）の集合体における融合に依存する。
極微小滴の集合体に超高速高輝度レーザを照射して、充分に高い温度及び密度の
プラズマを発生し、核融合を誘起すると共に、中性子及び他の原子核粒子を発生
する。
【００１０】 図１は、中性子及び他の粒子を発生する好ましい方法の段階を示す。融合し得
る核を含む液体材料の小滴が第１段階で発生される。第２段階では、好ましくは
電荷対サイズ比がレイリー限界に近い小滴に赤外線レーザパルスが照射される。
小滴に赤外線レーザを照射するのに続く第３段階では、小滴にクーロン爆発を受
けさせて、極微小滴の集合体又は雲を形成する。第４段階では、超高速（ピコ秒
未満）レーザで極微小滴の集合体を照射し（図２も参照）、極微小滴の電子を、
極微球膨張時間内にキロボルト温度に加熱する。これにより、各極微小滴の材料
がプラズマとなる。第５段階では、極微小滴の原子がイオン化され、それにより
生じるイオン（融合し得る核より成る）が互いに離れるように加速される。第６
段階では、個々の極微小滴からのイオンが互いに衝突して融合を生じさせる。
【００１１】 図２は、ビーム経路３を有するレーザビームの収束領域２とほぼ一致する極微
小滴１の「雲」即ち集合体を示す。極微小滴１は、直径が約０．５ないし約５．
０ミクロン程度であるのが好ましい。収束領域２は、体積がほぼ４／３πＬ3（
但し、Ｌは特性長さ）である。雲は、これを通してレーザ光線を伝播できるよう
に充分に離間された多数の極微小滴１を含む（即ち、極微小滴間の間隔は、少な
くともレーザ光線波長より大きい）。極微小滴１の雲は、好ましくは、真空４中
になければならない。 第４段階は、非常に高いエネルギーレベルに到達するための電子による光子の
吸収を含む。電子による光エネルギーの吸収は、通常は、僅かである。しかしな
がら、極微小滴の構成において、入射レーザパルスの約半分の吸収を招く異常な
プロセスが生じて、電子雲に非常に高い温度が得られる。
【００１２】 次いで、第５段階では、膨張する電子雲からの静電力によりイオンが高エネル
ギーへと引っ張られる。音速で進行する膨張の間に、電子雲は、断熱的に冷却し
そしてその熱エネルギーをイオンへ伝達し、従って、いったん熱的平衡に達する
と、イオン雲も、高い温度において高いエネルギーとなる。 各極微小滴からのイオン雲は、融合を生じるような多数の相互作用衝突をその
成分イオン間にもたない。隣接する極微小滴から発生するイオン雲の衝突は、著
しい数の融合相互作用をイオン間に生じさせ、中性子及び他の粒子を発生する。
超高速レーザが極微小滴の集合体における全ての極微小滴を加熱するためには、
レーザエネルギーが極微小滴の集合体を貫通し得るように超高速レーザの波長よ
り大きなスペース分離が必要である。一方、できるだけ高いプラズマ密度を維持
して、イオン衝突率（ひいては、融合率）を高くしなければならない。重水素小
滴の密度は、約ｎD＝２．５ｘ１０22／ｃｍ3であり、従って、ホットイオンプラ
ズマ密度は、通常、ｎDの０．１ないし０．０１である。融合率Ｎは、良く知ら
れた式によりほぼ次のように推定することができる。
【数１】 融合率は、イオン密度の平方及び寸法Ｌの４乗に比例すると共に、温度の指数に
も比例する。それ故、融合率を最大にするためには、イオン密度、極微小滴集合
体のサイズ、及び温度を最大にしなければならない。又、極微小滴の重水素が、
重水素／三重水素混合物に置き換えられる場合には、中性子の収率を４５倍程度
高めることができる。
【００１３】 本発明の好ましい実施例の装置１０を図３に示す。液体滴下源２０は好ましく
は直径１００ミクロンの液滴のスプレーもしくはストリームを放出する。液滴の
物質は重水素であるのが好ましい。第１、第２そして第３のスキマー３２，３４
，３６は液滴５のスプレーもしくはストリームを狭くしてビームにする。装置１
０は壁（図３にではなく、図４に示す）により囲まれており、様々なポンプ（図
３にではなく、図４に示す）を使って液滴５のビーム７の路に沿って真空を次第
に高めていく。
【００１４】 第１のレーザー４０はミラー４２とレンズシステム４４とに揃え、焦点を結ば
せて液滴５を途中で受けて照明し、図２に示すマイクロ液滴１の雲もしくは集合
体６に変える。レーザー４０はナノ秒範囲の短いパルスをつくる赤外レーザーで
あるのが好ましい。半径１００ミクロンの重水素液滴を気化するに必要なエネル
ギーは約１３０マイクロジュールである。この吸収パワーが１３０マイクロジュ
ール以上であれば、液滴５内のすべての重水素分子は気化される。もしその吸収
パワーが１３０マイクロジュールよりも遥かに小さいと、重水素分子の大部分は
液体のままであって、液滴５の電荷がクーロン破裂により多数のミクロンの大き
さの液滴１をつくりだし、図１を参照して説明した一般プロセスにより融解状態
をつくる。
【００１５】 液滴５内の重水素分子は２９９２ｃｍ-1（３．３μm）で基本振動遷移（ν＝
０→１）をポンピングすることにより励起される。この遷移は気相で四重極とさ
れるだけであるけれども、それは分子間相互作用から生じる誘起双極モーメント
に起因して凝縮相で強い吸収となる。（Ｑν＝０バンド・オリジンにおいて）ほ
ぼ０．６ｃｍ-1の吸収係数は十分に小さいので、液滴は光学的に薄い、すなわち
、輻射が液滴を均一に浸す。
【００１６】 レーザー４０からの光の吸収は液滴５の表面張力を低下させ、レイリー・リミ
ットを超え、そしてクーロン破裂を確実なものとする。
【００１７】 レーザー４０はゲイン・ミディアムとして２つのＫＴＰクリスタルを有するヤ
グポンプ光学パラメトリック発振器であるのが好ましい。その様なレーザーはカ
リフォルニア、サンタクララのコヒーレント、インコーポレーテッドから入手で
きる。レーザー４０は１−５ミリジュール／パルス程度のフルエンス出力である
のが好ましい。この出力をビーム路の点４６に直径０．１ｍｍの焦点を結ばせ（
図３参照）、遷移を容易に飽和させる。レーザー４０からのレーザーパルスは、
液滴を完全に気化させることなく液滴５のクーロン破裂を促進させる程度に減衰
させられる。
【００１８】 レーザー４０からのパルスによる粒滴５の照明により後でつくられたマイクロ
粒滴１の雲もしくは集合体は第２レーザー５０からの光のパルスにより照明され
る。レーザー４０と５０からの光パルスはビーム路７上の同じ点４６に狙いを付
け、相互にナノ秒内で前後して点４６に到達する。第２レーザー５０からの光パ
ルスはミラー５２とレンズシステム５４とにより焦点を結ばせられる。レーザー
４０とレーザー５０はこの方面の技術でよく知られているターゲッティングもし
くは診断レーザーを含んでいるターゲッティング・システムによりトリガーされ
る。このようなターゲッティング・システムは、例えばレーザー融合についての
かなり昔の実験で採用されている（例えば、エーラー等に付与された米国特許3,
723,703参照。この米国特許にはペレット検出・フアイアリング・システムが開
示されている）。
【００１９】 レーザー５０はウルトラファスト・テラワットＴi：サファイアレーザーシス
テムであるのが好ましい。再生増幅式システムがカリフォルニア、サンタクララ
のコンティナムレーザーから市販されている。このシステムは、シード・ソース
、プリアンプ／パルスクリーナー、パルスストレッチャー、再生増幅器、４パス
電力増幅器そしてパルスコンプレッサーから成る。レーザー５０は反復率１０ヘ
ルツで２００ミリジュールないし１ジュールのエネルギーを有し、７９０ナノメ
ーターの波長のパルス光を発生するのが好ましい。（レーザー５０の反復率を増
大することは毎秒当たりのニュートロンや他の核粒子の全生成量を増大する。）
パルスチップは約１３０フエムト秒であるのが好ましい。レーザー強度もしくは
パワー密度は約０．５ｍｍのスポットの大きさで２×１０16ワット／cm2である
。パワーの大きい、パルス巾の短いレーザーシステムを使う。このシステムは入
手できるが、非常に高い。
【００２０】 図１と図２とを参照して上に説明したように、ビーム７の路の上で重水素のマ
イクロ粒子の雲もしくは集合体を照明すると、粒滴１は急速に広がって相互に衝
突するプラズマとなり、重水素の核（重陽子）の融合を生じる。
【００２１】 この重水素・重水素融合反応は２つの主な枝を有する。 （１）Ｄ＋Ｄ＝p＋ｔ＋４．０Ｍev （２）Ｄ＋Ｄ＝n＋ヘリウム−３＋３．２Mev
【００２２】 反応（２）によりつくられる自由中性子（n）は実験を行い、測定を行いそし
て核種の性質を変えるのに使える。図３において、ターゲット・デバイス６０は
上に述べた目的のいずれに対しても核種を使用する設備を含んでいる。その様な
設備はよくしられており、中性子を吸収もしくは偏向させるターゲット物質を含
んでいるのが通常である。核廃棄物の変成のため中性子を使用することはよくし
られており、そして核廃棄物：分離と変成のためのテクノロジー（ナショナル・
アカデミー プレス１９９６）に記述されている。その説明の核廃棄物の変成に
関する部分は参考となろう。装置６０は、捕捉を最も生じさせ易い速度に中性子
を減速させる。
【００２３】 プロトン（p）、トリチューム核（t）、そしてヘリウム−３核は荷電粒子であ
り、そして装置６０において適当な厚みの金属フォイルを使って取り除く。また
は、重水素反応のその他の生成物を使ってもよい。例えば、トリチュームは熱核
反応装置の重要な要素であり、そして夜間照準器をつくるのに使える。チタニュ
ーム核を装置６０のターゲット物質（例えば、ジルコニウム水化物）に埋め込ん
で、真空中でターゲット物質を加熱することにより取り戻す。
【００２４】 図３には示されていないけれども、その図に簡単に示されている装置の主要要
素は次第に真空を高めていくエンクロージュア内に取り付けられている。ビーム
路上の融合域４６の周りは高度の真空にしてその点のマイクロ粒滴の拡大プラズ
マを熱絶縁する。このエンクロージュアは、マイクロ粒滴１内の重水素の融合に
よりつくられる一層浸透性の粒子、特に自由中性子を遮蔽するものを含んでいる
。エンクロージュアと融合域４６付近の他の要素のため選定される材料は、自由
中性子へ露出された後危険な長い寿命の放射性核を形成しない物質から選定され
るべきである。
【００２５】 図４は、本発明の好ましい実施例に従う装置１００の外部構成を示す。装置１
００は、ステンレス鋼の壁から成るのが好ましいケーシング１１０を有し、ケー
シング１１０は内部の縦のコンパートメント１１５内の真空状態を保つ。粒滴ビ
ームソース１２０（図６に示されるビーム抽出エレメント３２−３８を含まない
）はコンパートメント１１５の一端にあり、オプティカルウインドゥ１２２を通
して見られる。（オプティカルウインドゥ１２２はケーシング１１０の真空ポー
トに取り付けてあり、粒滴ソース１２０の観察を可能にする。）低温保持装置１
３０は、ソースを非常に低い温度まで、好ましくは約１５から約２０ケルビンの
範囲で冷却する。
【００２６】 コンパートメント１１５の中間点すなわち相互作用領域１１７に隣接するオプ
ティカルウインドゥ１４０は、オプティカルウインドゥ１４０の外側に備えられ
ているレーザー４０およびレーザー５０（どちらも図４に示されていない）から
の光パルスの入射を可能にする。マイクロ粒滴１の集合体すなわちクラウドの生
成、および、後続するマイクロ粒滴１の重陽子の核融合は、相互作用領域１１７
で行われる。
【００２７】 ターゲットデバイス１５０は、コンパートメント１１５の内部の、粒滴ソース
１２０を含む端と反対側の端にあり、マイクロ粒滴の重陽子の核融合によって放
射される自由中性子を使用する試験デバイス、測定デバイス、または、他のデバ
イスを含む。ターゲットデーバイス１５０は、延長管を回転させることによって
、コンパートメント１１５の側方のコンパートメント１１９内に上方に収納され
得る。コンパートメント１１５およびサブ−コンパートメント１１９内のトラッ
ク（図示されていない）はターゲットデバイス１５０をガイドし、それが回転さ
せられるのを防止する。
【００２８】 拡散ポンプ１６０およびターボ分子ポンプ１７０および１８０はそれぞれコン
パートメント１１５内の様々な程度の真空状態を維持する（図６に関する説明を
参照のこと）。
【００２９】 図５は、コンパートメント１１５の一部の中の、ケーシング１１０の一端に備
えられている粒滴ビームソース１２０を示す。ソース１２０およびヘリウム流低
温保持装置１３０のコンパートメント内の真空状態または圧力を維持するための
装置２００の構成要素が概略的に示されており、それらには、第２ステージ貯槽
２１０、セルポンプ２２０、ソースポンプ２３０、差圧読み出し計２５０、電磁
弁２６０および２７０、微分キャパシタンスマノメータ（バラトロン（Baratron
））２８０およびソースキャパシタンスマノメータ（バラトロン（Baratron））
２９０が含まれる。ポンプ２１０、２２０および２３０は、回転ベーンポンプで
あるのが好ましい。
【００３０】 図５はまたジュウテリウムガスのための入力管１９４、液体ヘリウム入力管１
９２およびヘリウム排気管１９３を示す。温度コントローラケーブル１９５、電
位計ケーブル１９６、高電圧電源ケーブル１９７もまた示されている。ニードル
弁ハンドル１９１は、第１と第２ステージ貯槽１３６と１３８のそれぞれの間の
液体ヘリウムの流れを制御する（図７を参照のこと）。
【００３１】 粒滴ビームソース１２０は図６の断面図に示される。簡単に言うと、ソース１
２０は、コンパートメント１１５内の液体ヘリウム流低温保持装置の底部に備え
られている（図４および７を参照されたい）。
【００３２】 図７に最も良く示されるように、低温保持装置１３０は、銅製であるのが好ま
しい第１および第２ステージ貯槽１３６および１３８のそれぞれを有する。第２
ステージ貯層１３８は、ソース１２０の（銅製であるのが好ましい）ソースブロ
ック１２５に備えられ、それを冷却する。第２ステージ貯槽１３８は、ニードル
弁１３７を介して第１ステージ貯槽１３６から液体ヘリウムを供給され、第１ス
テージ貯槽１３６もまた入力管１３２を介して液体ヘリウムを受け取る。ヘリウ
ムガスは第２ステージ貯槽１３８から第１ステージ貯槽へヘリウム排気管１３９
を介して上昇し、ヘリウム蒸気抽出管１３４を介して低温保持装置を出て行く。
【００３３】 ジュウテリウムガスは、ソースチャンバ１２４に入る前に、燒結銅のコンデン
サーブロック１９９に凝結される。ソースチャンバ１２４は、毛管台１２１によ
って閉じられたベース１２５に形成されたキャビティである（図６を参照のこと
）。燒結銅のブロック１９９は、図７に示されるように液体ヘリウム入力管１３
２に取り付けられており、約１０ケルビンの温度である。ソースチャンバ１２４
の圧力はソースチャンバポンプ管２３２およびソースチャンバ圧力測定管２３４
を介して調整され、一般的に１００から３００Ｔｏｒｒの範囲内である。液体ジ
ュウテリウムは、ソースチャンバ１２４から毛細管１２２（６０−７０μｍの直
径）を介して粒滴セル１２７により境界を定められている粒滴チャンバ３１に流
入する。
【００３４】 毛管１２２はソースカップ１２１に備えられ、ガラス製であるのが好ましい。
粒滴セル１２７は銅製であるのが好ましく、ソースカップ１２１はインバー製で
あるのが好ましい。
【００３５】 液体重水素の流れは、毛細管出口１２８の近くにその先端を持ち毛細管１２２
内に挿入された食刻されたタングステン線（５０μｍ直径）の電極１２３により
さらに制限を受ける。０．５Ｔｏｒｒまで低下可能な毛細管をわたる圧力勾配は
、ソース室ポンプ線２３２を経由したソース室１２４へのポンプ速度で調節でき
る。小滴室３１内の圧力はそれぞれ、セル圧力測定線２２４及びセルポンプ線２
２２により測定され維持される。
【００３６】 液体重水素は、電極１２３の電位を高電圧ケーブル１９７を介して約２ないし
約１２キロボルトの間の電圧に上昇させることにより、帯電される。しきい値電
圧以上において、ファウラー・ノルドハイム関係に従った空間帯電制限電流が観
察される。ナノアンペアまたはそれよりも大きい電流が液体重水素で作られる。
低圧力勾配と低電場（しかし、電場イオン化についてのしきい値よりも上）にお
いては帯電が小滴の表面張力を減少するため、毛細管出口１２８で大きな小滴を
形成する。より高い電場では図６に示すように小滴の先端にテイラー錐を形成す
るようになり、そしてその後に小滴を噴出する。より高い圧力勾配では電場が存
在しなくても典型的に２５−５０μｍの半径を持った液体ジェットが観察される
。電場を印加するとジェットの半径が減少し、電場がジェットを短いジェット長
に分離するレイリー・プラトー振舞いを生ずる。レイリー限界を大幅に越える時
、ジェットはクーロン爆発を受けて小さな帯電した小的の細かい噴霧となる（図
６参照）。
【００３７】 電極の消耗は、ソース１２０に付随した時間を浪費する問題点の１つである。
なぜならば、取り替えはソース１２０を取り外して分解する必要があるからであ
る。電極１２８への高電圧は電極１２８の寿命を増大するためにパルスとしても
よい。
【００３８】 小滴５の大きさは、電流及び液体流速を変化させることにより独立に制御でき
る。小滴の大きさは小滴５内に蓄積された電化により決定される。ジェットの終
端のレイリー・テイラー不安定性により形成される相対的に大きい小滴（ｒ＞２
０μｍ）については、ジェットの電荷／長さ比ｑ／ｌはレイリー限界として予測
できるオーダーである。
【００３９】
【数２】 ここで、γは表面張力であり、ａはジェットの半径である。より小さい小滴の細
かい噴霧はより低い流速とより高い放出電流により形成される。
【００４０】 量子効果が重水素分子のバルクの熱力学特性に大きな変化を生ずる。重水素小
滴は、おおよそ２０ケルビン度で形成され、そこの蒸気圧は２２０Ｔｏｒｒであ
る。より低い束縛はＤ2の三重点の１８．７ケルビン度において１３０Ｔｏｒｒ
の蒸気圧である。より小さい小滴（半径＜２０μｍ）を発生するために、ソース
１２０は毛細管１２２をわたる大変小さい圧力勾配と高電流を持たなければなら
ない。これは、球体小滴についてレイリー限界により小滴の体積に対する電荷の
比が以下の式で決定される、テイラー錐が毛細管出口１２８における静止小滴の
先端で形成されるモードに対応する。
【００４１】
【数３】 重水素の表面張力は、３．５６ｘ１０-3Ｎ／ｍである。おおよそのレイリー限界
電荷は、それぞれ直径０．１μｍ、１μｍ及び１０μｍの重水素小滴に対して約
３００ｅ、１０4ｅ、及び３ｘ１０5ｅ又はそれ以下である。
【００４２】 １０μｍ直径の小滴に対して、小滴の実際の帯電状態に依存して少なくとも毎
秒２ないし５ｘ１０5小滴が期待できる。１００μｍ直径の小滴に対して、少な
くとも毎秒６０００小滴がレイリー限界において期待できる。この小滴の生産速
度は、より低い電荷密度の小滴に対してはいくぶん大きいであろう。
【００４３】 帯電された小滴は、相対的に高い圧力（重水素について約１００ないし３００
Ｔｏｒｒ）で小滴室３１内で形成される。小滴は図６に示される2段階の差動ポ
ンプ作用を介して高真空抽出室３７（ビーム経路位置４６を含む）内に抽出され
る。好ましくは０．５ｍｍないし１ｍｍ開口をもったスキマー３２、３４及び３
６が2段階の間に使用される。しかし、より小さい開口がポンプ要求を減少する
ために用いることができる。スキマー３２、３４、３６は好ましくは銅から作ら
れる。
【００４４】 最初の２つの分離領域(differential region)３３及び３５の壁部(wall)は、
小滴(droplet)５の加熱を防止するために、液体水素の温度又はそれ以下に冷や
されたままとなる。高真空排気チャンバ(high vacuum extraction chamber)３７
だけでなく、第１及び第２の分離領域３３及び３５も、コンパートメント１１５
内に含まれる。
【００４５】 第１の分離領域３３は、毎秒１３０リットルのルーツ・ブロア(Roots blower)
(図示せず)によって、ポンプで排気されるであろう。１mmの開口部(aperture)を
通した第１の分離領域３３中へのガスの流れは、毎秒約０．１２リットルとなり
、第１の分離領域３３中を約２００ミリトールの圧力にするであろう。スキマー
(skimmer)３２及び壁部３８は、マッハ円板(Mach disk)がスキマー３２に確実に
取り付き、及びジェット境界(jet boundary)での衝撃波がビーム７の中心のコア
を確実に加熱しないように、設計及び構成される。
【００４６】 第２の分離領域３５は、D2についての毎秒４６００リットルのポンプの排気速
度で、拡散ポンプ(diffusion pump)１６０(図４参照)によってポンプで排気され
ることになる。１ミリメータの開口部を有するスキマー３４を通じた膨張によっ
て、第２の分離領域５５中は約１０-5トールの圧力になるであろう。次に小滴５
のビームは、それぞれ毎秒５００及び１０００リットルの容量を有し、またドラ
イスクロールポンプ(dry scroll pump)(図示せず)がバックアップすることがで
きるターボ分子ポンプ１７０及び１８０によって真空が約１０-7トール又はそれ
以下に維持されることになるところである、高真空すなわちイオン光学領域(ion
optics region)３７中へ、同じく１ミリメータの開口部を有する第３すなわち
最終のスキマー３６を通って通過するであろう。
【００４７】 小滴５が真空に入ると、それらの蒸気圧が周囲のガスとほぼ平衡になる程度に
十分に冷たくなるまで、蒸発にさらされることになる。小滴５は、蒸発の速度(
及びそのため真空中での小滴の滞空/滞留時間(droplet flight/residence time)
）によって制限される定常状態の内部温度(steady-state internal temperature
)に到達するであろう。しかし、平衡の近似によって、小滴の温度の良好な推定
値を与えることができる。重水素については、１０-6トールの蒸気圧は、約絶対
５度の温度で達成され、これは小滴が真空中で凍ることを示す。１〜１００μｍ
の最初の寸法を有するD2の小滴については、蒸発によって約１５％の小滴の半径
が減少するであろう。最後に、蒸発する小滴５の運命は、それらの電荷の状態(c
harge state)によるであろう。もし、小滴５がレイリー限界(Rayleigh limit)に
あれば、蒸発によって、クーロン爆発(Coulomb explosion)及びそれに続く小滴
５の分裂が引き起こされる。
【００４８】 小滴のセル３１から広がるジェットの最終ガス速度(terminal gas velocity)
は、毎秒約４６０メータである。膨張するガスの密度は二次関数的に(quadratic
ally)低下するため小滴５はこの速度より小さい速度にまで加速され、小滴５が
高圧のフローである時間は比較的短い時間となるであろう。
【００４９】 重力落下は、より大きい、大きさ及びそのため質量の小滴５について問題とな
る。１０μｍの直径を有する小滴５は、１ミリ秒に約２５０μｍだけ降下するが
、１００μｍの直径を有する小滴５は、約２５ｍｍ降下するであろう。小滴の最
終速度及びそのため滞空時間は、排気真空チャンバ(extraction vacuum chamber
)３７中に与えられるイオン光学(図示せず)による静電的な加速だけでなく、小
滴のセル３１からの膨張によって与えられる加速にも依存するであろう。一般に
、より小さい小滴５が使用されるなら、重力の影響は小さくなるであろう。更に
、重力は、磁気であればソレノイド(図示せず)によって、電気であれば荷電した
板(charged plate)(図示せず)によって生成される偏向場(deflection field)に
よって、効果的に阻止することができる。
【００５０】 一旦、小滴が第１及び第２の分離領域３３及び３５を通過したら、図３に関し
て説明されるように、それらはレーザ励起のために高真空領域３７に入るであろ
う。
【００５１】 重水素のような軽い原子核を含む液体材料の小滴は、図４〜７に関して上述し
た手段と違う手段によって生成することができるであろう。例えば、小滴は、サ
ーマル(thermal)(バブル,bubble)の、圧電性(Piezo)の、又は静電的なジェット
の装置及び方法によって生成することができるであろう。
【００５２】 ソースチャンバ１２４中の液体重水素中にパルスを送るためにレーザを使用す
ることができ、こうして毛細管(capillary)１２２から液体重水素ジェットを進
ませる衝撃波を作り出す。そのようなレーザとしてNd-YAGレーザが使えるであろ
う。
【００５３】 液体材料の微細な小滴(microdroplet)は、そのような手段によって直接生成す
ることができ、また超高速(ultrafast)レーザによって照明されたときに、融合
を起こすことができるのに十分な密度のビーム中に放出することができるであろ
う。
【００５４】 液体材料は、水素と重水素(ジュウテリウム)、重水素と三重水素(トリチウム)
、又は、核融合を生じることの出来る核を含む他の物質から構成することができ
る。
【００５５】 図１−７と関連して上述された方法及び装置は、高くイオン化された核を電子
と再結合することによってＸ線フォトンが発生される十分高い原子番号（Ｚ）の
原子核を含む様にマイクロ液滴の材料を変えることによって、Ｘ線フォトンを発
生する様に適合させることが出来る。図１に図示されるプロセスのステップ５に
おいて、マイクロ液滴の材料の原子は、マイクロ液滴の各々が、重くイオン化さ
れた核又はイオンのより小さな膨張シェルと同心状に整列した電子の膨張シェル
となる様に、イオン化される。
【００５６】 イオン及び電子冷却の様に、それらは、再結合し（図１の代替ステップ）、フ
ォトンを放出する。初期の再結合は、水素状原子を構成し、この内部での、より
高いレベルからより低いレベルへの電子の遷移（例えば、ｎ＝３から２への遷移
）が、Ｘ線エネルギのフォトンの放出を結果する。
【００５７】 本明細書に完全に記載される如く、再結合Ｘ線生成に関する開示と関連する引
例として組み込まれるValeo等の47 Physical Review E 1321 (1993年2月)に示さ
れる様に、高速レーザの照射を受けた材料内に堆積されたエネルギー及びターゲ
ット球の初期サイズのような変数を変化して、水素状のイオンの様なものにおい
て選択された遷移のゲインを増大する様に、操作することができ、高速レーザの
焦点領域（Ｘ線レーザ励起領域）が長く且つ薄い場合に、効率的なレーザ励起を
達成できる可能性がある。
【００５８】 Valeo等によって示される様に、再結合Ｘ線発生に好適な材料は、約１０乃至
約３０の範囲のＺ値を有する。ネオン（Ｚ＝１０）及びアルゴン（Ｚ＝１８）は
、極低温で液体である貴ガスであり、Ｘ線フォトンを発生するために図３−７に
示される様に、装置１０（図３）又は１００と共に採用するのに好適であるが、
この装置は、より高温である（この場合、液体窒素又は他の液化ガスをソース１
２０を冷却するのに使用することが出来る。）。
【００５９】 ソース１２０は、液体ネオン又はアルゴンを液滴５のビーム７に形成し、これ
ら液滴は、レーザ４０からのパルスによって、破裂され、マイクロ液滴の集合に
される。マイクロ液滴は、レーザ５０によって直ちに照射を受け、膨張するプラ
ズマシェルに変換され、これは急速に冷却されて、イオン及び電子の再結合が上
述されたＸ線フォトンを放出する様に、衝突する。これは、実験、試験又は製造
に使用するためのターゲット装置６０（図３）又はターゲット装置１４０（図４
）を照射するＸ線の輝点源を結果としてもたらす。
【００６０】 Valeo等によって記述された様に、再結合Ｘ線レーザ励起は、コヒーレントＸ
線発生が、焦点領域の長手軸に沿って励起される様に、レーザ５０の焦点領域が
比較的長く且つ薄い場合に、再結合Ｘ線レーザ励起を期待することが出来る。こ
れは、レーザ５０が、比較的長く且つ狭いアッセンブリの領域に焦点を合わすこ
とができるのに十分に大きいマイクロ球の集合を発生することにより達成すると
こができる。
【００６１】 本発明の種々の変更、修正、及び改良を、上述した特定の実施の形態を参照し
て、当業者が直ちに行うであろう。この様な、変更、修正、及び改良は、本開示
の一部であることが意図されており、且つ本発明の精神及び範囲内にあると意図
されている。従って、上述の記述は、例としてであり、限定することを意図して
いない。本発明は、請求の範囲及びその均等物によってのみ限定される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 中性子及び他の粒子を発生する方法の段階を示す一般的な図である。
【図２】 超高速レーザビームにより極微小滴の集合体を照射する段階を示す一般的な図
である。
【図３】 中性子及び他の粒子を発生する本発明の装置の一般的な概略図である。
【図４】 図３に概略的に示された装置の好ましい実施形態を示す正面図である。
【図５】 図４の装置の小滴源を示す複合正面・概略図である。
【図６】 図５の小滴源の一部分及びスキマー装置の一部分を示す断面図である。
【図７】 図５の小滴源の一部分及び隣接するクライオスタットの下部を示す断面図であ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）

Claims (32)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 自由中性子及び他の粒子を生成する方法であって、 トリチウム核等の自由中性子及び他の所望の粒子を生成する核融合反応に入る
    軽い核を含む材料の、複数の隣接するマイクロドロップレット（滴）を生成する
    ステップと、 前記マイクロドロップレット材料がレーザビームから十分なフォトン（光子）
    を吸収して前記軽い核を包含するイオンを有する膨張プラズマに変えるように、
    前記マイクロドロップレットをレーザビームで照射するステップと、 前記自由中性子及び他の粒子を生成するために、前記マイクロドロップレット
    の個々のもので成る前記膨張プラズマ中の前記イオンを衝突させるステップと から成ることを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の方法において、前記マイクロドロップレッ
    トを生成するステップが、前記軽い核を含む材料のドロップレットを生成するス
    テップと、次に、前記ドロップレットを複数のマイクロドロップレットに分割す
    るステップとから成ることを特徴とする方法。
  3. 【請求項３】 請求項１に記載の方法において、前記マイクロドロップレッ
    トは、前記レーザビームによる照射ステップの間、前記マイクロドロップレット
    の膨張プラズマが衝突しているとき前記軽い核の少なくとも幾つかが融合するよ
    うに相互に十分に近接しているが、前記マイクロドロップレットの間の第１のレ
    ーザからの光の伝播を禁止するように、相互にそれ程近接していないことを特徴
    とする方法。
  4. 【請求項４】 請求項１に記載の方法において、前記レーザビームは、ウル
    トラ高速（ファスト）であることを特徴とする方法。
  5. 【請求項５】 請求項１に記載の方法において、前記材料は、重水素から成
    ることを特徴とする方法。
  6. 【請求項６】 請求項１に記載の方法において、前記材料は、重水素とトリ
    チウムとの混合物から成ることを特徴とする方法。
  7. 【請求項７】 請求項１に記載の方法において、前記マイクロドロップレッ
    トの直径は、約０．１マイクロメートル〜５マイクロメートルの範囲であること
    を特徴とする方法。
  8. 【請求項８】 請求項２に記載の方法において、ドロップレットの直径は、
    約１００マイクロメートル〜１０００マイクロメートルの範囲であることを特徴
    とする方法。
  9. 【請求項９】請求項２に記載の方法において、前記分割ステップは、前記ド
    ロップレットの表面張力を減少させるために、レーザビームを用いて該ドロップ
    レットを照射することから成ることを特徴とする方法。
  10. 【請求項１０】 請求項１に記載の方法において、更に、核廃棄物を自由中
    性子にさらしてその核廃棄物を安定又は短寿命放射性核種に変換するステップを
    包含することを特徴とする方法。
  11. 【請求項１１】 請求項１に記載の方法において、更に、核融合反応によっ
    て生成されたトリチウム核を収集するステップを含むことを特徴とする方法。
  12. 【請求項１２】 自由中性子及び他の粒子を生成する装置であって、 自由中性子及び他の粒子を生成するように、核融合反応に入る軽い核を含む液
    体材料源と、 前記材料源によって提供される材料から複数の隣接マイクロドロップレットを
    生成する手段と、 光のパルスを前記マイクロドロップレットに吸収されるように送って該マイク
    ロドロップレット材料がイオン化されてその後加速されて衝突させられて、前記
    軽い核を融合するとともに自由中性子及び他の粒子を生成する、レーザと から成ることを特徴とする装置。
  13. 【請求項１３】 請求項１２に記載の装置において、前記レーザは、ウルト
    ラ高速（ファスト）レーザであることを特徴とする装置。
  14. 【請求項１４】 請求項１２に記載の装置において、前記材料は、重水素で
    あることを特徴とする装置。
  15. 【請求項１５】 請求項１２に記載の装置において、前記材料は、重水素と
    トリチウムとの混合物であることを特徴とする装置。
  16. 【請求項１６】 請求項１２に記載の装置において、更に、前記マイクロド
    ロップレット生成手段を包囲する包囲体を包含することを特徴とする装置。
  17. 【請求項１７】 請求項１２に記載の装置において、前記自由中性子にさら
    されるターゲット物質を保持する装置を包含することを特徴とする装置。
  18. 【請求項１８】 請求項１７に記載の装置において、前記ターゲット物質は
    核廃棄物であることを特徴とする装置。
  19. 【請求項１９】 請求項１７に記載の装置において、前記ターゲット物質は
    トリチウムを放出可能に吸収することを特徴とする装置。
  20. 【請求項２０】 中性子およびトリチウムの如き融合生成物を生成するため
    の装置において、 融合反応して中性子およびトリチウムの如き生成物を生ずる軽い原子核を含む
    液体物質のための貯蔵容器を画定する壁を有するソースと、 前記液体物質がドロップレットの形にて前記貯蔵容器からある速度でもって出
    て行きうるようにする前記ソースの壁の一つにおける毛細管と、 前記毛細管に隣接して配置されあるパスを有するドロップレットのビームを定
    めるための少なくとも１つのスキマーと、 前記ドロップレットがマイクロドロップレットのアセンブリへと分裂させられ
    るようにするためドロップレットに順次照射するように配置されたマイクロドロ
    ップレット生成レーザーと、 前記マイクロドロップレットのアセンブリに強い光パルスを順次照射するよう
    に配置され、各アセンブリにおける複数のマイクロドロップレットが前記光パル
    スから十分な光子を吸収し、融合反応を生じて自由中性子およびその他の粒子を
    生成するように衝突する軽い原子核を含むイオンを有するプラズマとなるように
    するプラズマ生成レーザーと、 を備えることを特徴とする装置。
  21. 【請求項２１】 前記ソース、毛細管、スキマーおよび前記ビームパスにお
    ける第１および第２の照射点は、真空を維持することのできるほう包囲体を画定
    する壁によって包囲された区画内に含まれる請求項２０に記載の装置。
  22. 【請求項２２】 前記包囲体に真空を生成するための１つまたはそれ以上の
    ポンプをさらに備える請求項２１に記載の装置。
  23. 【請求項２３】 前記包囲体の内側に取り付けられ前記融合反応からの中性
    子に対してターゲット物体をさらすためのデバイスをさらに備える請求項２１に
    記載の装置。
  24. 【請求項２４】 前記レーザーは、前記包囲体の外側に取り付けられ、前記
    包囲体は、さらに、該レーザーからの光パルスが前記区画に入り前記ドロップレ
    ットおよびマイクロドロップレットに照射するようにするための前記包囲体の壁
    における光学的窓を備える請求項２１に記載の装置。
  25. 【請求項２５】 前記液体物質は、重水素を含む請求項２０に記載の装置。
  26. 【請求項２６】 前記ターゲット物体は、短寿命または安定核種に変換され
    る核廃棄物である請求項２３に記載の装置。
  27. 【請求項２７】 前記ターゲット物体は、トリチウム核を解放しうるように
    吸収する請求項２３に記載の装置。
  28. 【請求項２８】 Ｘ線光子を生成する方法において、 十分に高いＺナンバーの原子核を含む物質のドロップレットの分裂を開始させ
    て、マイクロドロップレットのアセンブリを生成するステップと、 前記マイクロドロップレットのアセンブリに高速レーザーからのビームを照射
    して、複数のマイクロドロップレットの各々が前記レーザービームからの十分な
    光子を吸収し十分に高いＺナンバーの原子核からなるイオンを含む膨張および冷
    却プラズマとなるようにするステップと、 個々のマイクロドロップレットの冷却プラズマを衝突させて前記イオンの電子
    との再結合を行わせてＸ線エネルギーの光子を生成させるステップと、 を含むことを特徴とする方法。
  29. 【請求項２９】 前記レーザービームによって照射される複数のマイクロド
    ロップレットは前記レーザービームの焦点領域にある請求項２８に記載の方法。
  30. 【請求項３０】 前記焦点領域は、再結合Ｘ線レージングが該焦点領域の主
    軸にそって生成されるに十分に長く狭い請求項２９に記載の方法。
  31. 【請求項３１】 Ｘ線光子を生成するための装置において、 十分に大きなＺナンバーの原子核を有する原子または分子を含む液体物質を保
    持する貯蔵容器と、 前記貯蔵容器に取り付けられジェットにてドロップレットを放出させるための
    ドロップレット形成デバイスと、 相続くドロップレットに光のパルスを照射して各ドロップレットがクーロン爆
    発によってマイクロドロップレットのクラウドまたはアセンブリとなるようにす
    る第１のレーザーと、 複数のマイクロドロップレットの電子によって吸収されるレーザー光の短い強
    いパルスを前記マイクロドロップレットのアセンブリに照射して、該複数のマイ
    クロドロップレットの各々の物質がイオン化された原子核を含む膨張プラズマ球
    となるようにし、前記イオン化された原子核が電子と再結合してＸ線光子を放出
    するようにするための第２のレーザーと、 を備えることを特徴とする装置。
  32. 【請求項３２】 前記ドロップレット形成デバイスからのドロップレットの
    ジェットをドロップレットのビームに整形するための少なくとも１つのスキマー
    をさらに備える請求項３１に記載の装置。
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Cited By (6)

* 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
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
WO2013051338A1 (ja) 2011-10-06 2013-04-11 浜松ホトニクス株式会社 放射線発生装置及び放射線発生方法
KR101574203B1 (ko) * 2014-10-13 2015-12-04 한국원자력연구원 중성자 발생 장치
US9363882B2 (en) 2009-12-16 2016-06-07 Hamamatsu Photonics K.K. Neutron generation target, device, and method
WO2021039541A1 (ja) * 2019-08-28 2021-03-04 国立大学法人大阪大学 中性子発生装置及び中性子発生方法

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2823949A1 (fr) * 2001-04-18 2002-10-25 Commissariat Energie Atomique Procede et dispositif de generation de lumiere dans l'extreme ultraviolet notamment pour la lithographie
US7239686B2 (en) * 2002-05-13 2007-07-03 Jettec Ab Method and arrangement for producing radiation
US7445319B2 (en) * 2005-02-22 2008-11-04 Synergy Innovations, Inc. System and method for creating liquid droplet impact forced collapse of laser nanoparticle nucleated cavities for controlled nuclear reactions
GB201208027D0 (en) * 2012-05-08 2012-06-20 Quaw M Dimoir Plasma circuitry

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB879218A (en) * 1959-05-05 1961-10-04 Erwin Willy Becker Improvements in or relating to a process for energy production by nuclear fusion
US3967215A (en) * 1966-04-29 1976-06-29 Bellak Johannes G Laser reactor
US3526575A (en) * 1967-08-02 1970-09-01 Willard H Bennett Production and utilization of high density plasma
DE1814888A1 (de) * 1968-12-16 1970-07-16 Inst Plasmaphysik Gmbh Verfahren und Einrichtung zum Herstellen einer duennen,freitragenden Scheibe im Hochvakuum aus bei Raumtemperatur gasfoermigem Material,wie Wasserstoff
DE1900524B1 (de) * 1969-01-07 1970-08-27 Dr Wolfgang Kaiser Vorrichtung zum Herbeifuehren von Kernfusionsreaktionen mit gepulsten,auf fusionsfaehige Gase gerichteten Lasern
US3679897A (en) * 1969-08-28 1972-07-25 Trw Inc Laser bombardment of microparticle beam for producing atomic particles in the form of a beam or an expanding cloud
US3723703A (en) * 1971-02-08 1973-03-27 Atomic Energy Commission Laser energized plasma source
US3723246A (en) * 1971-05-27 1973-03-27 Atomic Energy Commission Plasma production apparatus having droplet production means and laserpre-pulse means
US4058486A (en) * 1972-12-29 1977-11-15 Battelle Memorial Institute Producing X-rays
US4017578A (en) * 1974-02-26 1977-04-12 The United States Of America As Represented By The United States Energy Research And Development Administration Method for producing laser targets
DE2544043C3 (de) * 1975-10-02 1980-04-30 Wolf Dipl.-Ing. Dr. Phil. 5000 Koeln Trommsdorff Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung eines Hochtemperaturplasmas
US4302166A (en) * 1976-04-22 1981-11-24 Coulter Electronics, Inc. Droplet forming apparatus for use in producing uniform particles
JPS5324994A (en) * 1976-08-18 1978-03-08 Mitsubishi Atom Power Ind Inc Liquid droplet producing device
US4322378A (en) * 1978-06-15 1982-03-30 University Of Illinois Foundation Method for producing uniform spherical shells
US4292640A (en) * 1980-03-28 1981-09-29 International Business Machines Corporation Closed loop compensation of ink jet aerodynamics
US4597936A (en) * 1983-10-12 1986-07-01 Ga Technologies Inc. Lithium-containing neutron target particle
US4926436A (en) * 1988-08-11 1990-05-15 Apricot S.A. Accelerator for coherent bosons
US5173610A (en) * 1990-06-12 1992-12-22 Apricot S.A. Forming charges in liquid and generation of charged clusters
US5397901A (en) * 1990-06-12 1995-03-14 American Technologies, Inc. Forming charges in a fluid and generation of a charged beam
US5160696A (en) * 1990-07-17 1992-11-03 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Apparatus for nuclear transmutation and power production using an intense accelerator-generated thermal neutron flux

Cited By (7)

* 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
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
US9363882B2 (en) 2009-12-16 2016-06-07 Hamamatsu Photonics K.K. Neutron generation target, device, and method
WO2013051338A1 (ja) 2011-10-06 2013-04-11 浜松ホトニクス株式会社 放射線発生装置及び放射線発生方法
US9953729B2 (en) 2011-10-06 2018-04-24 Hamamatsu Photonics K.K. Radiation generating apparatus and radiation generating method
KR101574203B1 (ko) * 2014-10-13 2015-12-04 한국원자력연구원 중성자 발생 장치
WO2021039541A1 (ja) * 2019-08-28 2021-03-04 国立大学法人大阪大学 中性子発生装置及び中性子発生方法

Also Published As

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