JP2013084394A - 放射線発生装置及び放射線発生方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】装置の構成を簡易にすることができ、且つ効放射線の発生効率を向上させることができる放射線発生装置及び放射線発生方法を提供する。
【解決手段】
混合液６１を格納する燃料格納部２０と、混合液６１に圧力を印加する圧力印加部１０と、混合液６１の噴流を形成する噴流形成部３０と、混合液６１の噴流が形成される反応部４４と、反応部４４における圧力を噴流形成部３０の内部圧力よりも低く設定する圧力調整部４１と、粒子群６３ａにレーザ光Ｌ１を照射する光源部４５とを備える。燃料粒子６３は、レーザ光Ｌ１が照射されることにより所望の放射線を発生させる。反応部４４ａでは、複数の燃料粒子６３が噴流の方向に沿って移動し、液化ガス及び液体が複数の燃料粒子６３から離間する方向に移動することにより粒子群６３ａが形成される。
【選択図】図１
【解決手段】
混合液６１を格納する燃料格納部２０と、混合液６１に圧力を印加する圧力印加部１０と、混合液６１の噴流を形成する噴流形成部３０と、混合液６１の噴流が形成される反応部４４と、反応部４４における圧力を噴流形成部３０の内部圧力よりも低く設定する圧力調整部４１と、粒子群６３ａにレーザ光Ｌ１を照射する光源部４５とを備える。燃料粒子６３は、レーザ光Ｌ１が照射されることにより所望の放射線を発生させる。反応部４４ａでは、複数の燃料粒子６３が噴流の方向に沿って移動し、液化ガス及び液体が複数の燃料粒子６３から離間する方向に移動することにより粒子群６３ａが形成される。
【選択図】図１
Description
本発明は、放射線発生装置及び放射線発生方法に関する。
核融合が生じている微小領域では、エックス線、ガンマ線、中性子線などの放射線が発生している。この現象を利用することにより、点状の放射線源が提供される。そこで、核融合燃料である燃料粒子にレーザを照射して種々の放射線を発生させる装置が研究されている。
このような放射線発生装置には、例えば、大強度陽子加速器を用いて中性子を発生させる装置がある。また、水素を重水素に置換したプラスチック薄膜にレーザ光を照射して中性子を発生させる装置がある。さらに、水素を含む粒子や薄膜にレーザ光を照射して、高いエネルギーを有する陽子を発生する装置がある。
特許文献１には、中性子を発生させる装置が記載されている。この装置では、液体重水素により形成された微小液滴を核融合燃料としている。この装置は、まず、液体重水素をノズルから噴射させて液体重水素の液滴を生成する。この液滴に赤外レーザ光を照射することにより、微細な液滴に分解する。そして、微細化された液滴に対してフェムト秒レーザを照射して液滴をイオン化し、このイオンを衝突させることで中性子を発生させる。
高分子論文集, Vol. 64,pp. 147-154 (2007)
高分子論文集, Vol. 48,pp. 41-45 (1991)
J. Vac. Sci.Technol. A10, 239-242 (1992)
しかし、大強度陽子加速器を用いて中性子を発生させる装置は非常に巨大な装置であり、装置構成は複雑である。また、プラスチック薄膜にレーザ光を照射して中性子を発生させる装置では、中性子の発生を繰り返したとき、中性子の発生効率が抑制される問題がある。さらに、水素を含む薄膜等にレーザ光を照射して陽子を発生させる装置では、陽子の発生効率が抑制される問題がある。
また、特許文献１に記載された中性子発生装置では、液体重水素を用いるために、装置全体を低温に保つための冷凍機が必要である。また、ノズルから噴射された液滴を微粒子化するためのレーザ光源が必要である。このため、中性子発生装置は複数の装置を組み合わせて構成されるので、装置構成が複雑になるおそれがある。さらに、重水素の液滴の周囲に存在する蒸気によってレーザ吸収が阻害され、中性子の発生効率が低下する可能性がある。
上記問題に鑑みて、本発明は、装置の構成を簡易にすることができ、且つ放射線の発生効率を向上させることができる放射線発生装置及び放射線発生方法を提供することを目的とする。
本発明の放射線発生装置は、液体及び液体中に分散した複数の燃料粒子を含む懸濁液に液化ガスが混合された混合液を格納する燃料格納部と、燃料格納部に格納された混合液に圧力を印加する圧力印加部と、圧力が印加された混合液を小孔から噴射させて混合液の噴流を形成する噴流形成部と、噴流が形成される反応部と、反応部における圧力を噴流形成部の内部圧力よりも低く設定する圧力調整部と、複数の燃料粒子により構成された粒子群にレーザ光を照射する光源部と、を備え、燃料粒子は、レーザ光が照射されることにより所望の放射線を発生させ、反応部では、複数の燃料粒子が噴流の方向に沿って移動し、液化ガス及び液体が複数の燃料粒子から離間する方向に移動することにより、粒子群が形成される。
この放射線発生装置によれば、懸濁液に液化ガスが混合された混合液が噴流形成部から反応部に噴射される。反応部は噴流形成部の内部圧力よりも低く設定されている。混合液の噴流おける液化ガスは急激に気化して膨張し、懸濁液の液体成分を飛散させる。よって、混合液の噴流から液化ガス及び液体が除去される。燃料粒子は噴流形成部から噴射されたときに与えられた運動エネルギーを有するため、所定の方向に直進して粒子群を形成する。粒子群にはレーザ光が照射されて、所望の放射線が発生する。このように、燃料粒子を含む混合液を噴射させる構成により粒子群が形成されるため、装置の構成を簡易にすることができる。さらに、レーザ光が照射される粒子群には、液体及びガス等の混入が低減されているので、レーザ光の散乱が抑制される。従って、粒子群にレーザ光が好適に照射されるため、放射線の発生効率を向上させることができる。
また、本発明の放射線発生装置は、液体及び液体中に分散した複数の燃料粒子を含む懸濁液を格納する燃料格納部と、燃料格納部に格納された懸濁液に圧力を印加する圧力印加部と、圧力が印加された懸濁液を小孔から噴射させて懸濁液の噴流を形成する噴流形成部と、懸濁液における気化した液体を排気することにより、複数の燃料粒子により構成された粒子群を形成して排出する排気部と、複数の燃料粒子により構成された粒子群が排出される反応部と、粒子群にレーザ光を照射する光源部と、を備え、燃料粒子は、レーザ光が照射されることにより所望の放射線を発生させる。
この放射線発生装置によれば、懸濁液が噴流形成部から排気部に噴射される。排気部では、懸濁液の噴流から液体ガス及び液体成分が除去される。燃料粒子は噴流形成部から噴射されたときに与えられた運動エネルギーを有するため、排気部から反応部に直進して粒子群を形成する。粒子群にはレーザ光が照射されて、所望の放射線が発生する。このように、燃料粒子を含む懸濁液を噴射させる構成により、複数の燃料粒子により構成された粒子群が形成されるため、装置の構成を簡易にすることができる。さらに、レーザ光が照射される粒子群には、液体等の混入が低減されているので、レーザ光の散乱が抑制される。従って、粒子群にレーザ光が好適に照射されるため、放射線の発生効率を向上させることができる。
また、放射線発生装置は、粒子群における単位体積あたりの燃料粒子の数に対応する計測値を得る計測部をさらに備えることが好ましい。このような構成によれば、燃料粒子の数密度に対応する計測値が得られる。そして、この計測値に基づいて粒子群に対して最適なタイミングでレーザ光を照射する制御を行うことができる。従って、放射線の発生効率をさらに向上させることができる。
また、放射線発生装置では、燃料粒子が重水素を含み、レーザ光が照射されることにより中性子を発生させることとしてもよい。このような構成によれば、燃料粒子にレーザ光が照射されると、重水素イオンが発生する。この重水素イオンにより重水素核融合反応が生じるため、中性子が発生する。従って、放射線である中性子線を効率よく発生させることができる。
また、放射線発生装置では、燃料粒子が水素を含み、レーザ光が照射されることにより陽子を発生させることとしてもよい。このような構成によれば、燃料粒子にレーザ光が照射されると、水素イオンが発生する。この水素イオンにより水素核融合反応が生じるため、陽子が発生する。従って、放射線である陽子線を効率よく発生させることができる。
また、放射線発生装置では、燃料粒子が所定のエネルギー共鳴線を有する原子を含み、レーザ光が照射されることによりエネルギー共鳴線に対応する電磁放射線を発生することとしてもよい。このような構成によれば、燃料粒子にレーザ光が照射されることにより燃料粒子が加熱されると、所定の原子が有するエネルギー共鳴線に対応する電磁放射線が発生される。従って、所望の電磁放射線を効率よく発生させることができる。
また、本発明の放射線発生方法は、液体及び液体中に分散した燃料粒子を含む懸濁液に液化ガスが混合された混合液を燃料格納部に格納する格納工程と、燃料格納部に格納された混合液に圧力を印加する圧力印加工程と、圧力が印加された混合液を小孔から噴射させて反応部に混合液の噴流を形成する噴流形成工程と、複数の燃料粒子により構成された粒子群にレーザ光を照射して放射線を発生させる放射線発生工程と、を備え、噴流形成工程の前に、混合液の噴流がされた反応部における圧力を噴流形成部の内部圧力よりも低く設定する圧力調整工程を有し、燃料粒子は、レーザ光が照射されることにより所望の放射線を発生させ、粒子群は、反応部内において液化ガス及び液体が気化され、気化された液化ガスにより液体が混合液の噴流から除去されることにより形成された反応部では、複数の燃料粒子が噴流の方向に沿って移動し、液化ガス及び液体が複数の燃料粒子から離間する方向に移動することにより、粒子群が形成される。
この放射線発生方法によれば、懸濁液に混合した液化ガスを気化させることにより懸濁液の液体成分を飛散させる。これにより、混合液の噴流から液化ガス及び液体が除去された、複数の燃料粒子により構成された粒子群を形成することができる。このレーザ光が照射される燃料粒子の粒子群には、液体及びガス等の混入が低減されているので、レーザ光の散乱が抑制される。従って、粒子群に好適にレーザ光を照射することが可能であるため、効率よく放射線を得ることができる。
また、本発明の放射線発生方法は、液体及び液体中に分散した複数の燃料粒子を含む懸濁液を格納する燃料格納部と、燃料格納部に格納された懸濁液に圧力を印加する圧力印加工程と、圧力が印加された懸濁液を小孔から噴射させて懸濁液の噴流を形成する噴流形成工程と、懸濁液の噴流における液体を排気することにより、複数の燃料粒子により構成された粒子群を形成して排出する排気工程と、複数の燃料粒子により構成された粒子群にレーザ光を照射して放射線を発生させる放射線発生工程と、を備え、燃料粒子は、レーザ光が照射されることにより所望の放射線を発生させる。
本発明に係る放射線発生方法によれば、液体成分は排気工程において懸濁液の噴流から除去される。これにより、懸濁液の噴流から液体が除去された、複数の燃料粒子により構成された粒子群を形成することができる。このレーザ光が照射される燃料粒子の粒子群には、液体等の混入が低減されているので、レーザ光の散乱が抑制される。従って、粒子群に好適にレーザ光を照射することが可能であるため、効率よく放射線を得ることができる。
本発明による放射線発生装置及び放射線発生方法によれば、装置の構成を簡易にすることができ、且つ効放射線の発生効率を向上させることができる。
以下、添付図面を参照しながら本発明による放射線発生装置及び放射線発生方法の実施の形態を詳細に説明する。また、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。なお、本発明において放射線とは、電子線、イオンビーム、中性子線、Ｘ線、軟Ｘ線、及び極短紫外線を含む。
図１は、第１実施形態に係る放射線発生装置１Ａの構成を説明するための図である。放射線発生装置１Ａは、放射線である中性子を発生させる装置である。放射線発生装置１Ａは、圧力印加部１０、燃料格納部２０、噴流形成部３０、チャンバ４０、及び主制御部５０を備えている。さらに、チャンバ４０には排気装置（圧力調整部）４１、圧力計４２、及び入出力端子４３ａ〜４３ｃが設けられている。そして、チャンバ４０の内部領域４０ａには、反応容器４４、レーザ光源（光源部）４５、及び計測部４６が配置されている。
圧力印加部１０は、高圧ガスタンク１１を備えている。高圧ガスタンク１１は、ガス管１２を介して燃料格納部２０と接続されている。この高圧ガスタンク１１は、内部に５〜１０気圧に保持された高圧ガスを収納している。高圧ガスを用いて燃料格納部２０に圧力（背圧）を印加する。ガス管１２には弁１３が設けられている。この弁１３を調整することにより、燃料格納部２０に圧力が印加される。弁１３は、電磁的に開閉される構成を有し、繰り返し動作が可能である。
高圧ガスとして、例えばフルオロカーボン系ガス又はハイドロカーボン系ガスが用いられる。フルオロカーボン系ガス及びハイドロカーボン系ガスは、５〜１０気圧の圧力が印加されると液化して液化ガスになる。液化したフルオロカーボン系ガス及びハイドロカーボン系ガスは、減圧雰囲気下において爆発的に気化する。ここで、フルオロカーボン系ガスとはいわゆるフロンガスである。フルオロカーボン系ガスは、炭素―水素結合を有する有機化合物からなるガス、又はそれらの有機化合物からなるガスを含んだ混合ガスである。フルオロカーボン系ガスには、例えば、ＨＣＦＣ―２２、ＨＣＦＣ―１２３、ＨＣＦＣ―１４１ｂ、ＨＣＦＣ―１４２ｂ、ＨＦＣ―２３、ＨＦＣ―３２、ＨＦＣ―１２５、ＨＦＣ―１３４ａ、ＨＦＣ―１４３ａ、ＨＦＣ―１５２ａがある。また、ハイドロカーボン系ガスは、炭素―水素結合を有する有機化合物からなるガス、又はそれらの有機化合物からなるガスを含んだ混合ガスである。ハイドロカーボン系ガスには、例えば、プロパン、ブタンがある。
燃料格納部２０は、格納容器２１及び攪拌装置２６を備えている。燃料格納部２０には、入力部２２ａ、排出部２２ｂ、格納領域２３、及び燃料供給部２４が設けられている。入力部２２ａには高圧ガスタンク１１に接続されたガス管１２が接続されている。排出部２２ｂには噴流形成部３０に接続された排出管２５が接続されている。格納領域２３には、混合液６１が格納されている。混合液６１は燃料供給部２４から供給される。混合液６１は、排出管２５を介して噴流形成部３０に排出される。
ここで、混合液６１について説明する。混合液６１は、液化ガスを混合させた懸濁液６２である。液化ガスには、フルオロカーボン系ガス又はハイドロカーボン系ガスが用いられる。懸濁液６２は所定の液体及び該液体中に分散した燃料粒子６３を含んでいる。この懸濁液６２は、燃料粒子６３を懸濁させたコロイド溶液である。所定の液体は、噴流形成部３０において混合液６１の噴流が形成されたとき、燃料粒子６３に運動エネルギーを伝達する。所定の液体として、気化しやすく且つ燃料粒子６３を溶解させることがないものが選択される。例えば、所定の液体として、アルコール類であるメタノール又はエタノールが用いられる。
次に、燃料粒子６３について説明する。燃料粒子６３は、レーザ光が照射などによりエネルギーが与えられることにより、所定の放射線を発生する粒子である。図２は、燃料粒子６３を説明するための図である。燃料粒子６３は、重水素化プラスチック（以下「ＣＤ」ともいう）からなる。重水素化プラスチックとは、プラスチック中の水素原子が重水素原子に置換されたものをいう。なお、高圧ガスとしてハイドロカーボン系ガスを用いるときには、難溶性の架橋性ポリマーを用いることが望ましい。また、燃料粒子６３は中実の球体である。燃料粒子６３の直径Ｄは公知の方法を用いて制御される。例えば、非特許文献１に記載された方法により制御される。本実施形態の燃料粒子６３は、１００〜５００ｎｍに制御された直径Ｄを有する。
重水素化プラスチックの球体である燃料粒子６３は、公知の方法を用いて作製される。例えば、非特許文献２に記載された方法により作製される。この方法では、市販されている重水素モノマーを重合して、重水素化プラスチックの球体を作製する。
また、燃料粒子６３は、三重水素（Ｔ）を含んでいてもよい。すなわち、燃料粒子６３は、重水素化プラスチックに三重水素がドープされた重水素―三重水素化プラスチック（以下「ＣＤＴ」ともいう）からなる球体であってもよい。重水素―三重水素化プラスチックからなる球体である燃料粒子６３は、公知の方法を用いて作製される。例えば、非特許文献３に記載された方法により作製される。この方法では、三重水素（トリチウム）ガス雰囲気下において紫外線により重水素化プラスチックの炭素―重水素の結合を切断する。切断した箇所において、重水素を三重水素に置換することにより、重水素―三重水素化プラスチックの球体が作製される。
攪拌装置２６は、混合液６１に含まれた液体、燃料粒子６３及び液化ガスを均一に混合する。攪拌装置２６は、本体部２７、連結部２８、及び攪拌部２９を備えている。本体部２７と攪拌部２９とは、連結部２８を介して連結されている。本体部２７はモータ等を有し、連結部２８に回転力を与える。この回転力は、連結部２８を介して攪拌部２９に伝達される。攪拌部２９は混合液６１に沈められている。攪拌部２９が混合液６１中において回転することにより、混合液６１に含まれた液体、燃料粒子６３及び液化ガスが均一に混合される。
噴流形成部３０は、弁室３１、ニードル３２、ノズル３３、及び噴射制御部３４を備えている。噴流形成部３０は、混合液６１の噴流を形成する。噴流形成部３０は混合液６１を小孔３３ａから噴射させることにより、混合液６１に印加された圧力を運動エネルギーに変換する。噴射制御部３４の動作は、主制御部５０により制御される。
弁室３１の一端にノズル３３が配置されている。ノズル３３には、小孔３３ａが形成されている。小孔３３ａは、弁室３１の幅よりも小さく形成された直径を有する。ノズル３３が配置された一端の反対側にある他端には、ニードル３２が配置されている。ニードル３２はノズル３３の小孔３３ａの蓋としての機能を有する。ニードル３２は、弁室３１の一端側から他端側に向かって延びている。ニードル３２の他端は弁室３１の外部まで延びており、他端は噴射制御部３４に接続されている。弁室３１の一端側にあるニードル３２の先端は、先細りした形状を有する。この先端は、ノズル３３の小孔３３ａに当接する。
小孔３３ａに先端３２ａが当接したときは、噴流が形成されない状態すなわち閉状態である。一方、小孔３３ａから先端３２ａを離間させたときは、小孔３３ａとニードル３２との間に隙間が形成される。この隙間から混合液６１が噴射される。この状態は開状態である。ニードル３２の移動量に基づいて、混合液６１の噴射量が制御される。また、ニードル３２を移動させるタイミングに基づいて、混合液６１を噴射するタイミングが制御される。ニードル３２の移動量及びタイミングは、噴射制御部３４により制御される。噴射制御部３４は、主制御部５０から送信された制御信号に基づいて、ニードル３２の移動量及びタイミングを制御する。混合液６１は、ノズル３３の小孔３３ａからチャンバ４０内に噴射される。
チャンバ４０は減圧可能に構成されている。チャンバ４０の内部領域４０ａは排気装置４１により所定の圧力に調整されている。内部領域４０ａの圧力は、噴流形成部３０の弁室３１における弁室圧力Ｐ１よりも低くなるように調整されている。また、内部領域４０ａの内部圧力Ｐ２は、レーザ光源４５から照射されるレーザ光Ｌ１の強度に基づいて設定される。すなわち、レーザ光Ｌ１によるブレークダウンが生じない程度の圧力に設定される。例えば、レーザ光Ｌ１の強度が１０１８Ｗ／ｃｍ２であるとき、内部圧力Ｐ２は１Ｐａ以下である。排気装置４１には、真空ポンプであるターボ分子ポンプ等が用いられる。
減圧された内部領域４０ａには、反応容器４４、レーザ光源４５、及び計測部４６が配置されている。反応容器４４は、重水素化プラスチックからなり、容器内部には反応部４４ａが設定されている。反応部４４ａは、混合液６１の噴流が形成される領域であると共に、燃料粒子６３の粒子群６３ａにレーザ光Ｌ１を照射して中性子を発生させる領域である。反応容器４４には、噴流を通過させる孔４４ｂ、レーザ光を通過させるレーザ光入射用の孔４４ｃ、及び計測部４６のプローブレーザ光Ｌ２を通過させる孔４４ｄ、４４ｅが設けられている。反応容器４４には、孔４４ｂ〜４４ｅが設けられているため、反応容器４４の内部は、チャンバ４０の内部圧力Ｐ２と等しい。
レーザ光源４５は、粒子群６３ａに照射されるレーザ光Ｌ１を出射する。レーザ光Ｌ１は、混合液６１の噴流の方向と交差する方向に照射される。このレーザ光Ｌ１は、粒子群６３ａにおいて核融合反応を発生可能な強度を有している。レーザ光Ｌ１は、超短波パルスレーザ光であり、パルス幅はフェムト秒或いはピコ秒程度である。レーザ光源４５の動作は、主制御部５０により制御される。主制御部５０から出力された制御信号に基づいて、レーザ光Ｌ１の強度及び出射タイミングが制御される。
本実施形態の場合、重水素同士の核融合反応（Ｄ―Ｄ反応）であるため、イオンエネルギーが重心系において２〜３ＭｅＶのときに、反応断面積がピーク値をとる。そのため、このエネルギーを有するイオンを発生させる必要がある。クーロン爆発によって生じるイオンのエネルギーは、レーザ光Ｌ１の強度及び燃料粒子６３の直径Ｄに基づいて決定される。例えば、燃料粒子６３の直径Ｄが３００〜４００ｎｍであるとき、レーザ光Ｌ１の強度はおよそ１０１８Ｗ／ｃｍ３である。
計測部４６は、単位体積あたりの燃料粒子６３の粒子数（以下「数密度」ともいう）に対応する計測値を得る。この計測値に基づいて、噴射制御部３０における混合液６１の噴射のタイミング、或いはレーザ光Ｌ１の出射のタイミングが制御される。この計測部４６には、ミー散乱計測装置が用いられる。ミー散乱計測装置は、プローブレーザ光の波長程度の大きさの球体である燃料粒子６３による光の散乱現象を利用した計測装置である。計測部４６は、計測光源４６ａ及び受光部４６ｂを備えている。計測光源４６ａ及び受光部４６ｂは、計測光源４６ａから出射されたプローブレーザ光Ｌ２が粒子群６３ａが形成された領域を通過して受光部４６ｂに到達するように配置されている。計測光源４６ａには、レーザ光源が用いられる。また、受光部４６ｂには光学素子であるフォトダイオードが用いられる。受光部４６ｂにおいて受光されたプローブレーザ光Ｌ２の強度に基づいて、燃料粒子６３の数密度に対応する計測値が得られる。本実施形態では、計測値として電圧値が得られる。得られた電圧値は、入出力端子４３ｃを介して主制御部５０に出力される。
なお、レーザ光Ｌ１が粒子群６３ａに照射されたとき、レーザ光Ｌ１のスポット全体が複数の燃料粒子６３により覆われると共に、燃料粒子６３同士が互いに凝集しないことが望ましい。このような条件を満たすためには、燃料粒子６３の数密度を好ましい値に設定することにより実現される。例えば、燃料粒子６３の直径Ｄが４００ｎｍであり、レーザ光Ｌ１のレイリー長さが２ｍｍであるとき、燃料粒子６３の数密度は１０１０〜１０１２ｃｍ−３の範囲であることが好ましい。この燃料粒子６３の数密度は、混合液６１の噴射とレーザ光Ｌ１の照射タイミングを最適化することにより実現される。
主制御部５０は、ＣＰＵ及びＲＯＭ等を備えたハードウェアであり、放射線発生装置１Ａを構成する種々の装置を統括的に制御する。この主制御部５０により、最適なタイミングでレーザ光Ｌ１を粒子群６３ａに照射するためのあらゆる構成要素が制御される。例えば、弁１３の開閉、レーザ光源４５からのレーザ光Ｌ１の照射制御、計測部４６の制御、計測部４６の測定結果の解析、混合液６１に印加される圧力の制御が実行される。この主制御部５０には、計測部４６及び圧力計４２から出力された測定値が入力される。また、主制御部５０からは、レーザ光源４５、計測光源４６ａ、排気装置４１、噴射制御部３４を制御するための制御信号が出力される。
次に、放射線発生装置１Ａの動作について説明する。図３は、第１実施形態の放射線発生方法の主要な工程を示すフロー図である。第１実施形態の放射線発生方法は、格納工程Ｓ１、圧力印加工程Ｓ３、圧力調整工程Ｓ５、噴流形成工程Ｓ７、及び放射線発生工程Ｓ９を有する。
まず、格納工程Ｓ１を実施する。格納工程Ｓ１は、懸濁液６２を準備して燃料格納部２０の格納容器２１に格納する工程である。はじめに、燃料粒子６３を準備する。燃料粒子６３は、重水素を含んだ重水素化プラスチックからなる球体であり、公知の方法を用いて作製する。次に、懸濁液６２を準備する。エタノール或いはメタノールである液体に燃料粒子６３を懸濁させることにより懸濁液６２が得られる。この懸濁液６２では、液体の重量に対して１０〜５０％の重量の燃料粒子６３が懸濁される。準備された懸濁液６２は、格納容器２１の燃料供給部２４から格納領域２３に格納する。なお、懸濁液６２を格納容器２１に格納するときには、弁１３は閉状態であり高圧ガスタンク１１からの圧力の印加はない。
なお、懸濁液６２中の燃料粒子６３の割合は、粒子群６３ａの数密度と比例関係にある。そのため、燃料粒子６３の割合が大きいほど、粒子群６３ａの数密度の最大値が大きくなる。懸濁液６２に含まれる燃料粒子６３の割合が大きくなるとノズル３３の目詰まりの原因となり得る。そのため、懸濁液６２は、液体の重量を基準として重量比が１０〜５０％程度の燃料粒子６３を含んでいることが好ましい。
目詰まりを発生させない安定した混合液６１の噴射と、高い燃料粒子６３の数密度を両立させることが望まれる。この２つの条件を満たす燃料粒子６３の割合は、燃料粒子６３の直径Ｄによって決まると考えられるが、ノズル３３の仕様等によっても最適な割合は変化するため、その都度、実測により決定されることが求められる。
次に、圧力印加工程Ｓ３を実施する。圧力印加工程Ｓ３は、格納容器２１に格納された懸濁液６２に圧力を印加する工程である。格納容器２１に接続されたガス管１２の弁１３を開いて、高圧ガスタンク１１から高圧ガスを格納領域２３に導入する。高圧ガスは、５〜１０気圧に加圧され液化したフルオロカーボン系ガス又はハイドロカーボン系ガスである。弁１３を開くと、液化したガスが格納領域２３に導入される。ガスは液化して液体の状態であるので、懸濁液６２と混合して混合液６１が形成される。
ここで、圧力調整工程Ｓ５を実施する。圧力調整工程Ｓ５は、チャンバ４０の内部領域４０ａの内部圧力Ｐ２を調整する工程である。主制御部５０から制御信号が排気装置４１に送信され、制御信号を受信した排気装置４１がチャンバ４０内を減圧する。チャンバ４０内の内部圧力Ｐ２は圧力計４２により得られる。圧力計４２から出力された内部圧力Ｐ２に基づいて、排気装置４１が主制御部５０により制御される。
続いて、噴流形成工程Ｓ７を実施する。噴流形成工程Ｓ７は、ノズル３３の小孔３３ａから加圧された混合液６１を噴射させて、反応部４４ａに噴流を形成する工程である。小孔３３ａにはニードル３２の先端３２ａが当接している。噴射制御部３４は、主制御部５０から制御信号を受信すると、ニードル３２の位置を制御して、小孔３３ａからニードル３２の先端３２ａを所定時間だけ離間させる。離間している間に、小孔３３ａとニードル３２の先端３２ａとの隙間から加圧された混合液６１が噴射される。所定時間が経過した後に、噴射制御部３４はニードル３２の位置を制御して再び小孔３３ａにニードル３２の先端３２ａを当接させて、混合液６１の噴射を停止する。
そして、放射線発生工程Ｓ９を実施する。放射線発生工程Ｓ９は、混合液６１の噴流から形成された燃料粒子６３により構成される粒子群６３ａにレーザ光Ｌ１を照射する工程である。混合液６１が反応部４４ａに噴射されると、混合液６１中の液化ガスが急激に気化する。これにより、液化ガス及び液体が燃料粒子６３から離間する方向に移動する。すなわち、気化した液化ガスにより混合液６１中の液体が飛散する。飛散した液化ガス及び液体は、排気装置４１によりチャンバ４０の外部へ排気される。一方、混合液６１中の燃料粒子６３は前記噴流の方向に沿って移動する。すなわち、混合液６１中の燃料粒子６３は、噴流形成部３０から噴射されたときに与えられた運動エネルギーを有するため、ノズル３３から反応部４４ａに直進して粒子群６３ａを形成する。そして、主制御部５０からの制御信号を受信したレーザ光源４５がレーザ光Ｌ１を粒子群６３ａに照射する。このレーザ光Ｌ１により、粒子群６３ａにおいてクーロン爆発が生じ、イオンが発生する。このイオンとは、重水素の原子核がクーロン爆発によって放出されたものである。この重水素イオンにより重水素核融合反応（Ｄ―Ｄ反応）が生じるため、中性子が発生する。なお、燃料粒子６３として重水素―三重水素化プラスチックからなる球体を用いたときには、重水素―三重水素核融合反応（Ｄ―Ｔ反応）反応により中性子が発生する。
ここで、レーザ光Ｌ１は、粒子群６３ａにおける燃料粒子６３の数密度が最も高いときに粒子群６３ａに照射されることが望ましい。すなわち、レーザ光Ｌ１は、受光部４６ｂにおいて散乱による減衰が最も大きいときに粒子群６３ａに照射されることが望ましい。以下、最適なタイミングにおいてレーザ光Ｌ１を照射するための工程を説明する。
まず、噴射制御部３４に噴射信号が送信されてから、予め設定された遅延時間ＤＴの経過後に、レーザ光源４５に照射信号を送信してレーザ光Ｌ１を照射する。この期間において、レーザ光Ｌ１及びプローブレーザ光Ｌ２が受光部４６ｂで受光される。受光部４６ｂは、受光した光の強度に対応する電圧の時間履歴を出力する。この電圧は、入出力端子４３ｃを介して主制御部５０に入力される。この電圧の時間履歴から、粒子群６３ａの数密度が最も高くなった時間Ｔ１と、レーザ光Ｌ１が照射された時間Ｔ２とが求まる。そして、粒子群６３ａの数密度が最も高くなった時間Ｔ１とレーザ光Ｌ１が照射された時間Ｔ２との時間差ΔＴをフィードバック信号として取得する。この時間差ΔＴが設定された閾値である時間差ＳＴの範囲であるか否を判断する。
時間差ΔＴが設定された時間差ＳＴの範囲外の場合、遅延時間ＤＴの値が変更される。本実施形態では、混合液６１の噴射するタイミングを変更することにより、遅延時間ＤＴの値が変更される。次に、混合液６１の噴射及びレーザ光Ｌ１の照射がなされ、燃料粒子６３の数密度に対応する電圧の時間履歴が取得される。続いて、測定により得られた電圧の時間変化から時間差ΔＴが算出される。そして、時間差ΔＴと閾値ＳＴとの比較がなされる。時間差ΔＴが閾値ＳＴを満足するまで上記工程が繰り返される。上記工程を実施することにより、レーザ光Ｌ１を照射する好適なタイミングを得ることができる。
なお、粒子群６３ａの数密度が最も高くなった時間Ｔ１及びレーザ光Ｌ１が照射された時間Ｔ２の値の取得、時間差ΔＴの算出、及び時間差ΔＴと閾値ＳＴとの比較は、主制御部５０により実行される。
図４は、受光部４６ｂで取得された電圧の時間履歴の一例を示す図である。図４のグラフＧ１は、受光部４６ｂから出力された電圧の時間履歴を示している。区間Ｋ１では、反応部４４ａに粒子群６３ａが形成されていないので、計測光源４６ａから出射されたプローブレーザ光Ｌ２の散乱はない。混合液６１が噴射され、粒子群６３ａが形成されると、受光部４６ｂにおいて受光されるプローブレーザ光Ｌ２の強度が徐々に減衰する（区間Ｋ２）。そして、最も減衰したタイミングにおいて、レーザ光源４５からレーザ光Ｌ１が照射されるので、受光部４６ｂにおいて受光される光の強度が瞬間的に増加する（区間Ｋ３）。グラフＧ１によれば、受光部４６ｂにおいて受光されるプローブレーザ光Ｌ２の強度が最も低くなったときに、レーザ光Ｌ１が照射されていることがわかる。
ここで、燃料粒子に高い強度を有するレーザ光を照射して所望の放射線を発生させる放射線発生装置の研究がなされている。この方式では、レーザ光により燃料粒子の電子を剥ぎ取り、イオンを発生させる。このイオンによりクーロン爆発が発生するため、高エネルギーイオンを得ることができる。高エネルギーイオンが発生させる反応の種類により、発生する放射線の種類が決定される。例えば、中性子線を発生させるとき、中性子線の発生効率は、レーザ光の強度及び燃料粒子の直径を最適な値に制御する必要がある。また、放射線の発生効率を高めるためには、レーザ光の照射時に、燃料粒子が凝集せず独立して存在することが求められる。さらに、燃料粒子の周囲には、レーザ光の吸収を阻害するガス或いはダストが存在しない環境が求められる。その上、十分な数密度を有する粒子群に対して、最適なタイミングでレーザ光の照射を行うことが必要である。
本実施形態の放射線発生装置１Ａ及び放射線発生方法によれば、懸濁液６２に液化ガスが混合された混合液６１が噴流形成部３０から反応部４４ａに噴射される。反応部４４ａの内部圧力Ｐ２は噴流形成部３０の弁室圧力Ｐ１よりも低く設定されている。混合液６１の噴流における液化ガスは急激に気化して膨張し、懸濁液６２の液体を飛散させる。よって、混合液６１の噴流から液化ガス及び液体が除去される。燃料粒子６３は噴流形成部３０から噴射されたときに与えられた運動エネルギーを有するため、所定の方向に直進して粒子群６３ａを形成する。粒子群６３ａにはレーザ光Ｌ１が照射されて、所望の放射線が発生する。このように、燃料粒子６３を含む混合液６１を噴射させる構成により粒子群６３ａが形成されるため、装置の構成を簡易にすることができる。さらに、レーザ光Ｌ１が照射される粒子群６３ａには、液体及びガス等の混入が低減されているので、レーザ光Ｌ１の散乱が抑制される。従って、粒子群６３ａにレーザ光Ｌ１が好適に照射されるため、中性子線の発生効率を向上させることができる。
また、本実施形態の放射線発生装置１Ａは、計測部４６を備えているため、粒子群６３ａにおける燃料粒子６３の数密度が得られる。そして、燃料粒子６３の数密度からレーザ光Ｌ１を照射する好適なタイミングが求まる。これにより、レーザ照射によるクーロン爆発で生じる重水素イオンのエネルギーを中性子の発生効率が最も高くなるように制御することが可能となる。従って、レーザ光Ｌ１から重水素へのエネルギー変換効率が向上されるため、中性子線の発生効率をさらに向上させることができる。
また、本実施形態の放射線発生装置１Ａは、燃料粒子６３が重水素を含んでいる。この燃料粒子６３に、レーザ光Ｌ１が照射されると、重水素イオンが発生する。この重水素イオンにより重水素核融合反応が生じるため、中性子が発生する。従って、中性子線の発生効率を向上させることができる。
また、本実施形態の放射線発生装置１Ａは、反応部４４ａが反応容器４４に覆われている。この反応容器４４は重水素化プラスチックからなる。このような構成によれば、レーザ光Ｌ１の照射により発生した重水素イオンが反応容器４４に衝突することにより、中性子が生成される。従って、放射線である中性子線を効率よく発生させることができる。
また、本実施形態の放射線発生装置１Ａでは、燃料粒子６３の直径Ｄが１００〜５００ｎｍの範囲に制御されている。このような構成により、クーロン爆発により発生するイオンのエネルギーが好適に制御される。従って、放射線である中性子線を効率よく発生させることができる。
次に、第２実施形態の放射線発生装置１Ｂについて説明する。図５は放射線発生装置１Ｂの構成を説明するための図である。放射線発生装置１Ｂは、排気部７０を備えている点で放射線発生装置１Ａと相違する。また、懸濁液６２に圧力を印加する高圧ガスとして窒素ガスを用いる点で放射線発生装置１Ａと相違する。その他の構成は、放射線発生装置１Ａと同様である。ここでは、排気部７０について詳細に説明する。
排気部７０は、いわゆる差動排気方式に基づく排気装置である。排気部７０は、複数の小チャンバ７１ａ〜７１ｃ有している。小チャンバ７１ａ〜７１ｃは、粒子群６３ａが進行する方向に沿って配置されている。小チャンバ７１ａは最も上流側に配置されている。小チャンバ７１ａの一端は噴流形成部３０のノズル３３に接続されている。小チャンバ７１ｃは最も下流側に配置されている。小チャンバ７１ｃの一端は、反応容器４４に接続されている。小チャンバ７１ｂは小チャンバ７１ａと小チャンバ７１ｃとの間に配置されている。それぞれの小チャンバ７１ａ〜７１ｃは、オリフィス７２ａ〜７２ｃにより隔てられている。すなわち、小チャンバ７１ａと小チャンバ７１ｂとの間にはオリフィス７２ａが配置されている。また小チャンバ７１ｂと小チャンバ７１ｃとの間にはオリフィス７２ｂが配置されている。そして、小チャンバ７１ｃと反応容器４４との間にはオリフィス７２ｃが配置されている。
小チャンバ７１ａ〜７１ｃには、それぞれに排気管７４ａ〜７４ｃが接続されている。すなわち、小チャンバ７１ａには排気管７４ａが接続され、小チャンバ７１ｂには排気管７４ｂが接続され、小チャンバ７１ｃには排気管７４ｃが接続されている。排気管７４ａ〜７４ｃの他端は、排気装置４１に接続されている。小チャンバ７１ａの内部圧力よりも小チャンバ７１ｂの内部圧力が小さくなるように設定されている。さらに、小チャンバ７１ｂの内部圧力よりも小チャンバ７１ｃの内部圧力が小さくなるように設定されている。このように、排気部７０は、内部圧力である真空度を段階的に高めた複数の小チャンバを備えている。
次に、本実施形態に係る放射線発生装置１Ｂを用いた、放射線発生方法について説明する。図６は、本実施形態の放射線発生方法の主要な工程を示すフロー図である。本実施形態の放射線発生方法は、格納工程Ｓ１、圧力印加工程Ｓ４、圧力調整工程Ｓ５、噴流形成工程Ｓ７、排気工程Ｓ８、及び放射線発生工程Ｓ９を備える。本実施形態の放射線発生方法は、圧力印加工程Ｓ４及び排気工程Ｓ８が第１実施形態の放射線発生方法と相違する。その他の格納工程Ｓ１、圧力調整工程Ｓ５、噴流形成工程Ｓ７、及び放射線発生工程Ｓ９は、第１実施形態の放射線発生方法と同様である。ここでは、圧力印加工程Ｓ４及び排気工程Ｓ８について詳細に説明する。
圧力印加工程Ｓ４は、格納容器２１に格納された懸濁液６２に圧力を印加する工程である。本実施形態の圧力印加工程Ｓ４では、窒素ガスを用いて懸濁液６２に圧力を印加する点で第１実施形態の圧力印加工程Ｓ３と相違する。
格納容器２１に接続されたガス管１２の弁１３を開いて、高圧ガスタンク１１から高圧ガスを格納領域２３に導入する。高圧ガスは、５〜１０気圧に加圧された窒素ガスである。弁１３を開くと、窒素ガスが格納領域２３に導入される。
次に、排気工程Ｓ８について説明する。噴流形成部３０から懸濁液６２が小チャンバ７１ａに噴射される。小チャンバ７１ａの内部圧力は、噴流形成部３０の弁室３１の弁室圧力Ｐ１よりも低くなるように設定されている。このため、小チャンバ７１ａに噴射された懸濁液６２に含まれた液体の一部が気化する。気化した液体は、排気管７４ａを通過して排気される。次に、液体の一部が除去された噴流が小チャンバ７１ｂに移動する。小チャンバ７１ｂの内部圧力は、小チャンバ７１ａの内部圧力よりも低くなるように設定されている。このため、懸濁液６２に含まれた液体の一部がさらに気化する。気化した液体は、排気管７４ｂを通過して排気される。そして、液体の一部が除去された噴流が小チャンバ７１ｃに移動する。小チャンバ７１ｃの内部圧力は、小チャンバ７１ｂの内部圧力よりも低くなるように設定されている。このため、懸濁液６２に含まれた液体の一部がさらに気化する。気化した液体は、排気管７４ｃを通過して排気される。これらの工程を経ることにより、懸濁液６２の噴流から液体が除去され、燃料粒子６３の粒子群６３ａが形成される。粒子群６３ａは、オリフィス７２ｃの小孔を通過して反応容器４４の内部に移動される。
なお、小チャンバ７１ａ〜７１ｃにおいて一部の燃料粒子６３は気化した液体と共に排気される。排気される燃料粒子６３の量は、ノズル３３の形状を最適化することにより低減される。
本実施形態の放射線発生装置１Ｂによれば、懸濁液６２が噴流形成部３０から排気部７０に噴射される。排気部７０では、懸濁液６２の噴流から液体成分が除去される。燃料粒子６３は噴流形成部３０から噴射されたときに与えられた運動エネルギーを有するため、排気部７０から反応部４４ａに直進して粒子群６３ａを形成する。粒子群６３ａにはレーザ光Ｌ１が照射されて、所望の放射線が発生する。このように、燃料粒子６３を含む懸濁液６２を噴射させる構成により燃料粒子６３の粒子群６３ａが形成されるため、装置の構成を簡易にすることができる。さらに、レーザ光Ｌ１が照射される燃料粒子６３の粒子群６３ａは、液体の混入が低減されている。このため、レーザ光Ｌ１の散乱が抑制される。従って、粒子群６３ａにレーザ光Ｌ１が好適に照射されるため、中性子線の発生効率を向上させることができる。
放射線発生装置１Ｂの変形例について説明する。図７は、放射線発生装置１Ｂの変形例である放射線発生装置１Ｃの構成を説明するための図である。放射線発生装置１Ｃは排気部７０と異なる構成を有する排気部８０を備える点で放射線発生装置１Ｂと相違する。その他の構成は、放射線発生装置１Ｂと同様である。ここでは、排気部８０について詳細に説明する。
排気部８０は、いわゆる差動排気方式に基づく排気装置である。排気部８０はシュラウド８１を有している。シュラウド８１は、排気管８２を介して排気装置４１と接続されている。シュラウド８１の内部には、小チャンバ８３ａ〜８３ｃが配置されている。小チャンバ８３ａ〜８３ｃは、粒子群６３ａが進行する方向に沿って配置されている。小チャンバ８３ａは最も上流側に配置されている。小チャンバ８３ａの一端は噴流形成部３０のノズル３３に接続されている。小チャンバ８３ｃは最も下流側に配置されている。小チャンバ８３ｃの一端は、反応容器４４に接続されている。小チャンバ８３ｂは小チャンバ８３ａと小チャンバ８３ｃとの間に配置されている。それぞれの小チャンバ８３ａ〜８３ｃは、オリフィス８４ａ〜８４ｃにより隔てられている。すなわち、小チャンバ８３ａと小チャンバ８３ｂとの間にはオリフィス８４ａが配置されている。また小チャンバ８３ｂと小チャンバ８３ｃとの間にはオリフィス８４ｂが配置されている。そして、小チャンバ８３ｃと反応容器４４との間にはオリフィス８４ｃが配置されている。小チャンバ８３ａ〜８３ｃには、それぞれに排気窓８５ａ〜８５ｃが設けられている。このように、排気部８０は、複数のオリフィス８４ａ〜８４ｃを設けた差動排気により懸濁液６２中の液体を除去する。
次に、第３実施形態の放射線発生方法について説明する。この放射線発生方法では、発生させる放射線の種類が中性子線とは異なる種々の放射線である点で第１実施形態の放射線発生方法と相違する。第３実施形態の放射発生方法では、放射線の発生に用いる燃料粒子に含まれる原子が第１実施形態の燃料粒子６３と相違する。なお、放射線発生装置は、上述した放射線発生装置１Ａ〜１Ｃのいずれを用いてもよい。
陽子線を発生させる形態について説明する。陽子線を発生させるときには、水素を含む化合物からなる燃料粒子を用いる。すなわち、重水素化プラスチックの球体（ＣＤ球）ではなく、水素化プラスチックの球体（ＣＨ球）を用いる。水素化プラスチックの球体である燃料粒子は、公知の方法を用いて作製される。例えば、非特許文献２に記載された方法により作製される。この方法では、市販されている水素モノマーを重合して、水素化プラスチックの球体を作製する。この燃料粒子の直径は１００ｎｍ以上の大きさを有する。この燃料粒子を懸濁させた懸濁液を反応部４４ａに噴出させ、粒子群を形成する。この粒子群に対して、レーザ光の強度が１０１８Ｗ／ｃｍ２以上であるレーザ光を照射する。レーザ光が照射された粒子群ではクーロン爆発が発生する。この現象により、数十ＭｅＶ以上のエネルギーに加速された陽子が発生する。第１実施形態の燃料粒子６３を用いて中性子を発生させるときと同様に、燃料粒子の直径及び粒子群に照射するレーザ光の強度に基づいて陽子線のエネルギーが制御される。このような形態によれば、水素と他の原子との混合比を制御した燃料粒子を用いることにより、発生させる陽子線のエネルギーを制御することができると共に、陽子線を効率よく発生させることができる。
電磁放射線を発生させる形態について説明する。電磁放射線を発生させるときには、所望の電磁放射線のエネルギーに対応するエネルギー共鳴線を有する原子を含む燃料粒子を用いる。例えば、所望の電磁放射線が極短紫外線である場合はスズ（Ｓｎ）を用いればよい。また、所望の電磁放射線が０．１〜２ｋｅＶのエネルギーを有する軟Ｘ線である場合は亜鉛（Ｚｎ）又は銅（Ｃｕ）を用いればよい。さらに所望の電磁放射線が２〜２０ｋｅＶのエネルギーを有するＸ線である場合はチタン（Ｔｉ）を用いればよい。このような構成によれば、燃料粒子にレーザ光が照射されることにより燃料粒子が加熱されると、所定の原子が有するエネルギー共鳴線に対応する電磁放射線が発生される。従って、高輝度の電磁放射線を効率よく発生させることができる。
電子線を発生させる形態について説明する。電子線を発生させるときには、電子を多く含む物質である、例えば金からなる燃料粒子を用いる。このような構成により。大量の電子線を効率よく発生させることができる。
なお、上述した実施形態は本発明に係る放射線発生装置及び放射線発生方法の一例を示すものである。本発明に係る放射線発生装置及び放射線発生方法は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求項に記載した要旨を変更しない範囲において、上述した実施形態の放射線発生装置及び放射線発生方法を変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。
上述した実施形態では、放射線発生装置１Ａ〜１Ｃは反応容器４４を備えていたが、これに限定されることはない。放射線発生装置１Ａ〜１Ｃは反応容器４４を備えていない構成であってもよい。
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…放射線発生装置、１０…圧力印加部、１１…高圧ガスタンク、１２…ガス管、１３…弁、２０…燃料格納部、２１…格納容器、２２ａ…入力部、２２ｂ…排出部、２３…格納領域、２４…燃料供給部、２５…排出管、２６…攪拌装置、２７…本体部、２８…連結部、２９…攪拌部、３０…噴流形成部、３１…弁室、３２…ニードル、３２ａ…先端、３３…ノズル、３３ａ…小孔、３４…噴射制御部、４０…チャンバ、４０ａ…内部領域、４１…排気装置（圧力調整部）、４２…圧力計、４３ｃ…入出力端子、４４…反応容器、４４ａ…反応部、４４ｂ〜４４ｅ…孔、４５…レーザ光源（光源部）、４６…計測部、４６ａ…計測光源、４６ｂ…受光部、５０…主制御部、６１…混合液、６２…懸濁液、６３…燃料粒子、６３ａ…粒子群、７０，８０…排気部、７１ａ〜７１ｃ，８３ａ〜８３ｃ…小チャンバ、７２ａ〜７２ｃ，８４ａ〜８４ｃ…オリフィス、７４ａ〜７４ｃ…排気管、８１…シュラウド、８２…排気管、Ｄ…直径、ＤＴ…遅延時間、Ｇ１…グラフ、Ｋ１〜Ｋ３…区間、Ｌ１…レーザ光、Ｌ２…プローブレーザ光、Ｐ１…弁室圧力、Ｐ２…内部圧力、Ｓ１…格納工程、Ｓ３，Ｓ４…圧力印加工程、Ｓ５…圧力調整工程、Ｓ７…噴流形成工程、Ｓ８…排気工程、Ｓ９…放射線発生工程、ＳＴ…時間差（閾値）、ΔＴ…時間差。
Claims (8)
- 液体及び前記液体中に分散した複数の燃料粒子を含む懸濁液に液化ガスが混合された混合液を格納する燃料格納部と、
前記燃料格納部に格納された前記混合液に圧力を印加する圧力印加部と、
圧力が印加された前記混合液を小孔から噴射させて前記混合液の噴流を形成する噴流形成部と、
前記噴流が形成される反応部と、
前記反応部における圧力を前記噴流形成部の内部圧力よりも低く設定する圧力調整部と、
前記複数の燃料粒子により構成された粒子群にレーザ光を照射する光源部と、
を備え、
前記燃料粒子は、前記レーザ光が照射されることにより所望の放射線を発生させ、
前記反応部では、前記複数の燃料粒子が前記噴流の方向に沿って移動し、前記液化ガス及び前記液体が前記複数の燃料粒子から離間する方向に移動することにより、前記粒子群が形成されることを特徴とする放射線発生装置。 - 液体及び前記液体中に分散した複数の燃料粒子を含む懸濁液を格納する燃料格納部と、
前記燃料格納部に格納された前記懸濁液に圧力を印加する圧力印加部と、
圧力が印加された前記懸濁液を小孔から噴射させて前記懸濁液の噴流を形成する噴流形成部と、
前記懸濁液における気化した前記液体を排気することにより、前記複数の燃料粒子により構成された粒子群を形成して排出する排気部と、
前記燃料粒子により構成された前記粒子群が排出される反応部と、
前記粒子群にレーザ光を照射する光源部と、
を備え、
前記燃料粒子は、前記レーザ光が照射されることにより所望の放射線を発生させる、ことを特徴とする放射線発生装置。 - 前記粒子群における単位体積あたりの前記燃料粒子の数に対応する計測値を得る計測部をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２記載の放射線発生装置。
- 前記燃料粒子は重水素を含み、前記レーザ光が照射されることにより中性子を発生させることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項記載の放射線発生装置。
- 前記燃料粒子は水素を含み、前記レーザ光が照射されることにより陽子を発生させる、ことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項記載の放射線発生装置。
- 前記燃料粒子は所定のエネルギー共鳴線を有する原子を含み、前記レーザ光が照射されることにより前記エネルギー共鳴線に対応する電磁放射線を発生させることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項記載の放射線発生装置。
- 液体及び前記液体中に分散した複数の燃料粒子を含む懸濁液に液化ガスが混合された混合液を燃料格納部に格納する格納工程と、
前記燃料格納部に格納された前記混合液に圧力を印加する圧力印加工程と、
圧力が印加された前記混合液を小孔から噴射させて反応部に前記混合液の噴流を形成する噴流形成工程と、
前記複数の燃料粒子により構成された粒子群にレーザ光を照射して放射線を発生させる放射線発生工程と、
を備え、
前記噴流形成工程の前に、前記混合液の噴流がされた前記反応部における圧力を噴流形成部の内部圧力よりも低く設定する圧力調整工程を有し、
前記燃料粒子は、前記レーザ光が照射されることにより所望の放射線を発生させ、
前記反応部では、前記複数の燃料粒子が前記噴流の方向に沿って移動し、前記液化ガス及び前記液体が前記複数の燃料粒子から離間する方向に移動することにより、前記粒子群が形成されたことを特徴とする放射線発生方法。 - 液体及び前記液体中に分散した複数の燃料粒子を含む懸濁液を格納する燃料格納部と、
前記燃料格納部に格納された前記懸濁液に圧力を印加する圧力印加工程と、
圧力が印加された前記懸濁液を小孔から噴射させて前記懸濁液の噴流を形成する噴流形成工程と、
前記噴流における前記液体を排気することにより、前記複数の燃料粒子により構成された粒子群を形成して排出する排気工程と、
前記複数の燃料粒子により構成された粒子群にレーザ光を照射して放射線を発生させる放射線発生工程と、
を備え、
前記燃料粒子は、前記レーザ光が照射されることにより所望の放射線を発生させることを特徴とする放射線発生方法。
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