JP2012525598A5

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Publication number: JP2012525598A5
Application number: JP2012508736A
Authority: JP
Filing date: 2010-04-29
Publication date: 2014-05-08
Anticipated expiration: 2030-04-29

Description

ＡＴＭＦＤの設計
張力準安定流体、好ましくは音響張力準安定流体を作成するために使用できるのであれば、任意の適切な流体チャンバを使用することができ、例えば円筒などのように、中心軸から等距離にある全ての地点が実質的に同じ負圧を有するように、ほぼ軸方向に対象である流体圧力プロファイルを作成することができる。製造上の問題から、ガラス製の円筒は、厚さおよび直径が、円周および長さに沿ってわずかな（１０〜１００ミクロン程度以下）偏差を伴う可能性がある。その結果、共振チャンバの真の中心軸が中心線から偏位する可能性がある。このような偏位は、半径方向および軸方向の振動圧力プロファイルを非対称にさせる可能性がある。このような変動は、システムシステムの特徴付けによって前もって補償することができる。例えば、関心の周波数の範囲にわたる一時的な振動圧力マッピングによって、真の中心軸を見つける。実際のシステムについて、幾何学的な中心軸からの変動する圧力は、概して、方向性関連の情報を導出する時に調整することができる程度の周知のレベルに若干歪曲するが、実質的に同じである。特定の実施形態において、適切なチャンバは、チャンバに収容されている流体に持続的な音響波を発生させる様式で、外部トランスデューサからのパルスによって一時的な形態で機械的に変形させることができる特徴を有する。特定の実施形態において、チャンバは、チャンバの種々の区域の中の気泡キャビテーションイベントの検出を支援する下方散乱を許容する放射線の方向性検出を可能にする、サイズおよび形状を有する。圧力波は、正圧および負圧で振動することから成る可能性があり、よって、負圧は、張力のスピノーダル限界を超える範囲であるが、これは、核粒子の流体分子との相互作用によって放出されるエネルギーが、気泡核形成またはキャビテーションイベントとしても周知である、相変化を引き起こすことを可能にする。概して、フレオン−１１３が流体である時、負圧は、Ｐｕ−Ｂｅ線源等のＳＮＭからの４ＭｅＶ以下の中性子がある場合に、約−２．５バール以下になると考えられる。アセトンが試験液体である場合、負圧は、約−３．５バール以下である。必要とされる負圧は、外部の中性子エネルギーによって変動し、（例えば、加速器システムからの、またはＡｍ−Ｂｅ、Ａｍ−Ｌｉ、Ａｍ−Ｂ、Ａｍ−Ｃ、Ａｍ−Ｆｌ等のアルファ放射同位体線源の混合物からの）周知のエネルギーの中性子線源に対して比較することによって事前に較正することができる。当技術分野において周知であるように、好適なチャンバは、石英、ガラス（好ましくは、パイレックス（登録商標）ガラス）、セラミック、ポリカーボネート、および数多くの金属から製造することができる。一実施形態では、共振音響チャンバは、約７０ｍｍの外径、および長さ１５０ｍｍの、半球状の頂部および底部を有する円筒の石英管を有することができる。このＡＴＭＦＤの概略図を図１ａに示す。他の寸法も同様に、動作周波数に関する必要性に適合するように選択することができる。チャンバは、流体で満たすことができ、通常、密封される。チャンバは、チャンバの中の流体内で音響エネルギーを集束させるための機構に適合することができる。音響エネルギーは、任意の適切な手段によってチャンバ内部の流体内で集束させることができ、その手段としては、例えば、試験流体の頂部に配置される中空のガラスまたは石英反射器と、チャンバの底部に配置される同様の中空のガラスまたは石英反射器とを使用することができる。作動流体によって化学的に攻撃されないのであれば、プラスチック、テフロン（登録商標）、またはポリカーボネートを使用してもよい。例えば、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）でできている同心で環状の圧電トランスデューサを、標準的な方法によって（機械的に、またはエポキシ接着剤に基づいて）チャンバの外側に取り付けて、音響共振チャンバに給電するために使用することができる。適切なトランスデューサは、流体内で音響共振を誘発することができる任意の材料で作製することができ、適切な材料としては、他の材料の中でも、周知であるように、チタン酸バリウム、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）等のセラミック材料が挙げられる。同心で環状の中空円筒を使用する必要はない。これは特に、大きい円形の同心で環状のトランスデューサを入手することがますます困難になる場合の、大径のＡＴＭＦＤに当てはまる。代替として、円形等の多重円板、矩形、または他の形状のトランスデューサは、図１ａにあるような中空円筒とともに、または図１ｂに示されるようにそれ自体が、図１ｂに概略的に示されるように位置付けられてもよい。そのような状況では、そのような約４つの円板が所与の面の中に位置付けられて、駆動トランスデューサとして機能する。第５の円板は、より高いところに載置され、かなり小さいサイズであってもよく、その目的は、衝撃信号を受け取ることである。同じ面の中の４つは、駆動力を提供するだけでなく、内破する気泡から衝撃信号を受け取るようにも機能する。いずれの場合においても、所与の材料に対する厚さおよびサイズは、トランスデューサの静電容量および共振周波数を制御する。例えば、中空環状トランスデューサについて、静電容量は、それぞれ、環の高さに正比例し、中空円筒の内径に対する外径の比率の自然対数に反比例する。平面方向または厚さ方向のいずれかで分極化される円形の円板トランスデューサについて、静電容量は、直径の２乗に正比例し、厚さに反比例する。これらのトランスデューサは、それらの共振が、試験セルの筐体の機械的共振に一致するような様式で最適に利用される。図１に示される、外径７０ｍｍ、長さ１５０ｍｍの試験セルについて、機械的共振周波数（アセトンで満たした時）は、約２０ｋＨｚに達し、環状トランスデューサの静電容量は、約２０ｎＦである。図１ｂの円板トランスデューサについて、円板トランスデューサは、同じく約２０ｎＦの静電容量を伴うが、約２０ｋＨｚの共振周波数を提供するように選択された寸法を伴う、外径７０ｍｍの試験セルのために選択されるべきである。より大きい直径のシステムについて、機械的共振は、良好な１次近似に関与するシステムの直径の比率に反比例して大きく変動し（例えば、外径が１４０ｍｍのシステムについて、機械的共振は、したがって、約１０ｋＨｚに降下すると予想される）、したがって、トランスデューサは、駆動力の最高効率が達成できるように、トランスデューサの共振周波数も同じく１０ｋＨｚに近くなるように、トランスデューサの静電容量もそれに応じて調整されなければならない。システムの機械的共振のより精緻化された見積もり（多次元３Ｄ効果を含むもの）は、圧力振動がそれらの最高レベルに到達する周波数を容易に見出すはずである、周波数の範囲にわたって試験液体の種々の上昇において、試験セルの直接圧力マッピングを介して見積もられてもよい。代替として、ＣＯＭＳＯＬマルチフィジックスシミュレーションプラットフォームの使用とともに後に示されるように、マルチフィジックスモデリングおよびシミュレーションスキームを採用してもよい。

Claims

到来放射線の方向を特定する方法であって、
チャンバ内の張力準安定流体において、到来放射線を検出する張力準安定流体の領域、すなわち容積と位置を決定することと、
前記到来放射線検出領域における、放射線入射によって発生するキャビテーションを検出することと、
前記張力準安定流体内の前記放射線誘発キャビテーションに基づいて、前記放射線源の方向性を特定することと、
を含み、
前記放射線誘発キャビテーションの場所を検出するステップが、前記チャンバ上に載置された複数の信号検出トランスデューサから得られる信号を処理することによって、キャビテーション誘発衝撃信号の到達の時間遅延を検出することを含む、方法。
前記張力準安定流体の容積は、少なくとも１つの対称軸を含有する形状を有する、請求項１に記載の到来放射線の方向を特定する方法。
前記張力準安定流体は、音響張力準安定流体である、請求項１に記載の到来放射線の方向を特定する方法。
前記放射線誘発キャビテーションの場所を検出する前記ステップは、前記チャンバ上に載置された複数の信号検出トランスデューサから得られる信号を処理することによって、キャビテーション誘発衝撃信号を検出することを含み、前記処理は、バイアスを排除するステップをさらに含む、請求項１に記載の到来放射線の方向を特定する方法。
前記放射線誘発キャビテーションの場所を検出する前記ステップは、前記チャンバ上に載置された複数の信号検出トランスデューサから得られる信号を処理することによって、キャビテーション誘発衝撃信号を検出することを含み、前記処理は、閾値電圧レベルを上回る前記信号検出トランスデューサからの信号を検出する前記ステップを含む、バイアスを排除するステップをさらに含み、前記閾値電圧レベルは、全てのトランスデューサの漸近応答比較から特定することができる、請求項１に記載の到来放射線の方向を特定する方法。
前記放射線誘発キャビテーションの場所を検出する前記ステップは、双曲線測位方法によってキャビテーションの場所を検出する方法を含む、請求項１に記載の到来放射線の方向を特定する方法。
前記放射線の場所を検出する前記ステップは、前記チャンバの少なくとも２つの区域の中で生じるキャビテーションの比率を特定することを伴う、請求項１に記載の到来放射線の方向を特定する方法。
前記チャンバが中心線垂直軸を有し、前記方法は、中心線垂直軸の少なくとも一部分を含む空間の容積の中のイベントカウントを含まずに、前記チャンバの対向するセクターの中のキャビテーションイベントを比較することをさらに含む、請求項１に記載の到来放射線の方向を特定する方法。
前記方法は、キャビテーション気泡の伸長を増幅して、到来放射線から液体分子へのエネルギー伝達の方向と一致するように、圧力差を使用することをさらに含む、請求項１に記載の到来放射線の方向を特定する方法。
前記方法は、キャビテーションイベントにおける前記キャビテーション気泡の形状を監視することをさらに含む、請求項１に記載の到来放射線の方向を特定する方法。
前記放射線源の前記方向を特定する前記ステップは、前記放射線によって誘発されるキャビテーション気泡の細長い形状の主軸を特定するステップをさらに含む、請求項１に記載の到来放射線の方向を特定する方法。
前記方法は、細長いキャビテーション誘発気泡の前記主軸からの到来放射線の方向を視覚的に特定することをさらに含む、請求項１に記載の到来放射線の方向を特定する方法。
到来放射線の方向を特定するためのデバイスであって、
流体を保持するチャンバと、
少なくとも１つの駆動トランスデューサを備え、前記少なくとも１つの駆動トランスデューサの共振周波数が前記チャンバの共振周波数と実質的に同様である、前記チャンバを変形させるための機構と通信する制御システムであって、前記制御システム及び前記チャンバを変形させるための機構が、前記流体内に、前記流体分子が入射核粒子によって衝突された時に気泡キャビテーションイベントの発生を可能にするのに十分である、張力準安定状態を誘発して維持するようにともに動作する、制御システムと、
前記流体容積内の気泡キャビテーションイベントの場所を特定するためのシステムと電子通信する、前記チャンバ内で離間される複数の信号検出トランスデューサと、
を備える、デバイス。
前記チャンバは、密封される、請求項１３に記載の到来放射線の方向を特定するためのデバイス。
前記チャンバ内の前記流体は、アセトン、フレオン、ベンゼン、イソペンタン、およびホウ酸トリメチルから成る流体の群より選択される、請求項１３に記載の到来放射線の方向を特定するためのデバイス。
前記チャンバを変形させるための前記機構は、圧電材料を含む少なくとも１つのトランスデューサをさらに備える、請求項１３に記載の到来放射線の方向を特定するためのデバイス。
前記チャンバを変形させるための前記機構は、ジルコン酸チタン酸鉛を含む圧電材料を含む、少なくとも１つのトランスデューサをさらに備える、請求項１３に記載の到来放射線の方向を特定するためのデバイス。
前記チャンバを変形させるための前記機構は、セラミックを含む圧電材料を含む、少なくとも１つのトランスデューサをさらに備える、請求項１３に記載の到来放射線の方向を特定するためのデバイス。
前記チャンバを変形させるための前記機構は、チタン酸バリウムを含む圧電材料を含む、少なくとも１つのトランスデューサをさらに備える、請求項１３に記載の到来放射線の方向を特定するためのデバイス。
前記チャンバを変形させるための前記機構は、前記チャンバに載置される少なくとも１つのトランスデューサを含み、よって、前記トランスデューサが、前記チャンバの中間面の周囲で前記チャンバの辺縁を囲繞する、請求項１３に記載の到来放射線の方向を特定するためのデバイス。
前記チャンバを変形させるための前記機構は、別々の場所で、前記チャンバに載置される複数のトランスデューサを含む、請求項１３に記載の到来放射線の方向を特定するためのデバイス。
少なくとも１つの駆動トランスデューサが、前記流体分子が入射核粒子によって衝突された時に前記気泡の核形成を可能にするのに十分である共振および張力準安定状態を確立するように、正および負の圧力変動を流体内に導入することが可能である、前記チャンバ壁に載置される少なくとも１つの電動圧電素子である、請求項１３に記載の到来放射線の方向を特定するためのデバイス。
少なくとも４つの信号検出トランスデューサさらに備える、請求項１３に記載の到来放射線の方向を特定するためのデバイス。
同じ面の中の少なくとも３つの信号検出トランスデューサと、前記面の外側にある少なくとも１つの信号検出トランスデューサとをさらに備える、請求項１３に記載の到来放射線の方向を特定するためのデバイス。
前記流体容積内の前記気泡キャビテーションイベントの場所を特定するための前記システムは、ベースライン駆動周波数信号を除去する高域通過フィルタ回路を備える、信号処理システムを含む、請求項１３に記載の到来放射線の方向を特定するためのデバイス。
前記流体容積内の前記気泡キャビテーションイベントの場所を特定するための前記システムは、測位アルゴリズムを採用する信号検出トランスデューサにおいて気泡信号の到達時間遅延を特定して、前記チャンバ内で気泡が内破した位置を特定するように、前記信号検出トランスデューサからのフィルタされた信号を比較する、信号処理システムを含む、請求項１３に記載の到来放射線の方向を特定するためのデバイス。
前記流体内の気泡キャビテーションイベントの場所を特定するための前記システムは、前記チャンバの中の気泡キャビテーションの数および場所を特定する、信号処理システムを含む、請求項１３に記載の到来放射線の方向を特定するためのデバイス。
前記チャンバは、前記チャンバの種々の区域の中のキャビテーションイベントの検出を支援する下方散乱を許容する放射線の到来方向の検出を可能にする、サイズおよび形状を有する、請求項１３に記載の到来放射線の方向を特定するためのデバイス。
到来放射線の方向を特定するためのデバイスであって、
流体を保持するチャンバと、
前記流体内に張力準安定状態を誘発して維持するようにともに動作する、前記チャンバを変形させるための機構と通信する制御システムであって、前記張力準安定状態が、前記流体分子が入射核粒子によって衝突された時に気泡キャビテーションイベントの発生を可能にするのに十分である、制御システムと、
前記流体内の気泡キャビテーションの数及び場所を特定する信号処理システムを備える、前記流体容積内の気泡キャビテーションイベントの場所を特定するためのシステムと電子通信する、前記チャンバ内で離間される複数の信号検出トランスデューサと、
を備える、デバイス。
前記チャンバは、密封される、請求項２９に記載の到来放射線の方向を特定するためのデバイス。
前記チャンバ内の前記流体は、アセトン、フレオン、ベンゼン、イソペンタン、およびホウ酸トリメチルから成る流体の群より選択される、請求項２９に記載の到来放射線の方向を特定するためのデバイス。
前記チャンバを変形させるための前記機構は、圧電材料を含む少なくとも１つのトランスデューサをさらに備える、請求項２９に記載の到来放射線の方向を特定するためのデバイス。
前記チャンバを変形させるための前記機構は、ジルコン酸チタン酸鉛を含む圧電材料を含む、少なくとも１つのトランスデューサをさらに備える、請求項２９に記載の到来放射線の方向を特定するためのデバイス。
前記チャンバを変形させるための前記機構は、セラミックを含む圧電材料を含む、少なくとも１つのトランスデューサをさらに備える、請求項２９に記載の到来放射線の方向を特定するためのデバイス。
前記チャンバを変形させるための前記機構は、チタン酸バリウムを含む圧電材料を含む、少なくとも１つのトランスデューサをさらに備える、請求項２９に記載の到来放射線の方向を特定するためのデバイス。
前記チャンバを変形させるための前記機構は、前記チャンバに載置される少なくとも１つのトランスデューサを含み、よって、前記トランスデューサが、前記チャンバの中間面の周囲で前記チャンバの辺縁を囲繞する、請求項２９に記載の到来放射線の方向を特定するためのデバイス。
前記チャンバを変形させるための前記機構は、別々の場所で、前記チャンバに載置される複数のトランスデューサを含む、請求項２９に記載の到来放射線の方向を特定するためのデバイス。
前記チャンバを変形させるための前記機構は、前記流体分子が入射核粒子によって衝突された時に気泡の核形成を可能にするのに十分である共振および張力準安定状態を確立するように、正および負の圧力変動を流体内に導入することが可能である、前記チャンバに載置される少なくとも１つの電動圧電素子を備える、請求項２９に記載の到来放射線の方向を特定するためのデバイス。
少なくとも４つの信号検出トランスデューサさらに備える、請求項２９に記載の到来放射線の方向を特定するためのデバイス。
面の中の少なくとも３つの信号検出トランスデューサと、前記面の外側にある少なくとも１つの信号検出トランスデューサとをさらに備える、請求項２９に記載の到来放射線の方向を特定するためのデバイス。
前記流体容積内の前記気泡キャビテーションイベントの場所を特定するための前記システムは、ベースライン駆動周波数信号を除去する高域通過フィルタ回路を備える、信号処理システムを含む、請求項２９に記載の到来放射線の方向を特定するためのデバイス。
前記流体容積内の前記気泡キャビテーションイベントの場所を特定するための前記システムは、測位アルゴリズムを採用する信号検出トランスデューサにおいて気泡信号の到達時間遅延を特定して、前記チャンバ内で気泡が内破した位置を特定するように、前記信号検出トランスデューサからのフィルタされた信号を比較する、信号処理システムを含む、請求項２９に記載の到来放射線の方向を特定するためのデバイス。
前記チャンバは、前記チャンバの種々の区域の中のキャビテーションイベントの検出を支援する下方散乱を許容する放射線の方向性検出を可能にする、サイズおよび形状を有する、請求項２９に記載の到来放射線の方向を特定するためのデバイス。